核電廠常規(guī)島疏水排氣閥缺陷分析

蔡國輝 袁鑫

福建福清核電有限公司 福建福清 350318

1 閥門缺陷情況及缺陷影響

福清核電3號(hào)機(jī)組運(yùn)行期間，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)部分常規(guī)島手動(dòng)截止閥內(nèi)漏，并在商運(yùn)前集中消缺窗口解體研磨14臺(tái)手動(dòng)截止閥（均為同一廠家，且該14臺(tái)閥門均成對(duì)串聯(lián)布置，兩道閥門均內(nèi)漏失效），發(fā)現(xiàn)閥座與閥芯密封面存在不同程度的損傷，尤其是閥座存在不可修復(fù)的缺陷。經(jīng)過評(píng)估認(rèn)為該廠家制造閥門質(zhì)量可能存在問題，并對(duì)該廠家閥門進(jìn)行內(nèi)漏排查，通過紅外點(diǎn)溫槍對(duì)閥門進(jìn)出口進(jìn)行測溫，對(duì)溫度進(jìn)行分析，根據(jù)前期檢修排查經(jīng)驗(yàn)，若閥門不存在內(nèi)漏，則疏水閥下游管道溫度基本等于常溫，部分管道返汽除外[1]。經(jīng)過范圍排查發(fā)現(xiàn)AHP、ABP、CEX、VVP、APA、CVI等系統(tǒng)排向SEK放水管道的疏水閥存在內(nèi)漏現(xiàn)象，內(nèi)漏數(shù)量為86臺(tái)，后利用相關(guān)檢修窗口進(jìn)行切割更換，啟機(jī)之后，發(fā)現(xiàn)VVP/ABP/CEX等12個(gè)閥門存在內(nèi)漏，并經(jīng)開關(guān)沖洗無效。此外，4號(hào)機(jī)組商運(yùn)以來，APD/AHP/APA/GCT等系統(tǒng)26個(gè)閥門出現(xiàn)內(nèi)漏，機(jī)組運(yùn)行期間通過采取帶壓堵漏方式處理。機(jī)組運(yùn)行期間二回路系統(tǒng)疏水閥持續(xù)內(nèi)漏主要存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

（1）造成機(jī)組熱量損失、降低機(jī)組熱效率（部分設(shè)備布置在二回路主管道上）；

（2）部分閥門下游為SEK集水箱（即對(duì)空），高溫蒸汽外泄有危害人身安全的風(fēng)險(xiǎn)。

2 閥門缺陷原因分析

通過對(duì)其中一個(gè)缺陷較大的閥門（7A高加手動(dòng)疏水閥）進(jìn)行失效分析，檢查方面包括：宏觀檢查、化學(xué)成分分析、金相檢查、硬度試驗(yàn)、表面微觀形貌分析，相關(guān)結(jié)果如下：

（1）從閥門選型來看，截止閥型號(hào)為J61H-160，該閥門為手動(dòng)高壓對(duì)焊截止閥，應(yīng)用于工作介質(zhì)為水和蒸汽，最高介質(zhì)溫度為425℃，公稱壓力為16Mpa的場合，閥門選型滿足電廠高加系統(tǒng)疏水閥的工況要求；截止閥閥瓣材料選用馬氏體不銹鋼F6a，閥座材料選用碳鋼A105并堆焊不銹鋼耐磨層D507，從閥門材質(zhì)選擇來看，符合截止閥通用選材要求[2]。

（2）理化檢驗(yàn)結(jié)果分析得知，閥座材料的化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM A105/A105M-2014對(duì)其化學(xué)成分要求，金相組織正常，硬度分布均勻且滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；閥瓣材料除碳含量超標(biāo)外，其余元素滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM A182/A182-2016對(duì)其化學(xué)成分要求。碳含量的增加，相應(yīng)的提高了馬氏體不銹鋼的強(qiáng)度和硬度。硬度測試結(jié)果已經(jīng)表明，雖然閥瓣母材的硬度分布均勻，但已經(jīng)超過ASTM A182/A182M-2016標(biāo)準(zhǔn)對(duì)F6a鋼的硬度要求。在閥門閉合過程中，由于閥瓣密封面硬度明顯高于閥座密封面，容易引發(fā)閥座密封面損傷。從閥座堆焊質(zhì)量分析得知，堆焊層截面形貌近似三角形，堆焊層尺寸明顯低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和供應(yīng)商要求，導(dǎo)致部分閥座基體金屬承擔(dān)密封作用。

（3）從內(nèi)漏部位的宏觀檢查和表面微觀形貌分析結(jié)果來看，內(nèi)漏部位堆焊層及其下部基體存在明顯的沖蝕磨損痕跡，沖蝕方向和閥門開啟狀況下內(nèi)部介質(zhì)流動(dòng)方向一致，即整體上為從下部向上部流動(dòng)。。閥門密封不嚴(yán)必然會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)小流量滲漏，這主要取決于閥門的設(shè)計(jì)選型和制造工藝。例如，該閥未對(duì)泄漏等級(jí)做特別規(guī)定，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13927-2008《工業(yè)閥門 壓力試驗(yàn)》要求，金屬密封副閥門在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨合同中沒有特別規(guī)定時(shí)按D級(jí)要求，即在一個(gè)大氣壓力狀態(tài)下允許出現(xiàn)不超過0.1×DNmm3/s的泄漏量。閥瓣或密封面變形也會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的小流量滲漏。閥門密封面的損傷也會(huì)使其密封不嚴(yán)，導(dǎo)致小流量滲漏，這主要取決于閥門的制造、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、安裝和使用過程。工藝管道中的介質(zhì)如果含有大量的固體雜質(zhì)，會(huì)使閥門無法完全關(guān)閉，從而不同程度上會(huì)有介質(zhì)滲漏。在閥門存在微滲的情況下，由于疏水閥上下游存在較大的壓力差，當(dāng)液體介質(zhì)從密封間隙滲漏時(shí)，液體壓力瞬間降低，導(dǎo)致液體沸點(diǎn)迅速降低，從而使部分液體發(fā)生汽化進(jìn)而形成汽液兩相流，發(fā)生“閃蒸”現(xiàn)象，逐漸沖蝕閥瓣和閥座密封面兩側(cè)金屬。隨著時(shí)間的延長，密封處金屬不斷缺失，最終形成沖蝕形貌[3]。

3 結(jié)語及處理建議

通過以上檢測及分析，得出閥門制造質(zhì)量問題是引發(fā)閥門內(nèi)漏的主要原因，主要的制造質(zhì)量問題有：（a）閥座密封面的堆焊層厚度和密封面寬度尺寸不滿足廠家標(biāo)準(zhǔn)要求；（b）閥瓣和閥座密封面硬度差超標(biāo)?？赡軐?dǎo)致閥門內(nèi)漏的另一個(gè)原因，機(jī)組建安期間管道未有效吹掃，以及管道內(nèi)壁銹蝕，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存在較多的鐵屑、焊渣等雜質(zhì)，在系統(tǒng)進(jìn)水后，隨著介質(zhì)流動(dòng)，部分堆積到疏水排放管道，在疏水閥開啟和關(guān)閉過程中，焊渣或鐵屑等卡在密封面上，導(dǎo)致密封面損傷。

處理建議：（1）嚴(yán)格控制閥門產(chǎn)品質(zhì)量，特別是密封面堆焊質(zhì)量，確保堆焊層尺寸滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；（2）對(duì)新進(jìn)截止閥的閥座密封面堆焊層進(jìn)行抽檢；（3）提高建安和調(diào)試期間管道異物控制；（4）在機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)水投用前進(jìn)行閥門抽檢解體檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品并進(jìn)行更換，降低系統(tǒng)投用后再進(jìn)行隔離的檢修成本。

根據(jù)福清核電3號(hào)機(jī)組處理缺陷的經(jīng)驗(yàn)，可將缺陷閥門進(jìn)行分類分級(jí)后再排窗口進(jìn)行更換處理：第一級(jí)，當(dāng)前已有內(nèi)漏缺陷的閥門；第二級(jí)：APA/AHP/ARE系統(tǒng)水側(cè)常關(guān)閥門；第三級(jí)：GCT/VVP系統(tǒng)常關(guān)閥門；第四級(jí)：APA/AHP/ARE/GCT/VVP常開閥門；第五級(jí)：其他系統(tǒng)閥門。通過劃分優(yōu)先級(jí)，有效降低處理缺陷的壓力，并在處理過程中合理評(píng)估處理的必要性和實(shí)施的成本考慮。