AP1000核電機組給水聯(lián)絡(luò)閥內(nèi)漏原因分析及改造

朱風(fēng)耀，潘雪瑩

（上海核工程研究設(shè)計院有限公司，上海 200030）

0 引言

閥門是管道輸送系統(tǒng)的重要組成部分，在對流體流量流速、流動方向、管內(nèi)壓力等控制方面起到關(guān)鍵作用，控制著管路系統(tǒng)、機組的正常運作。閥門的泄漏將會導(dǎo)致閥門部件遭受沖蝕，進而導(dǎo)致連接件、密封件的損耗加劇，最終導(dǎo)致整個閥門的損壞和管路系統(tǒng)的癱瘓，同時造成系統(tǒng)運營成本大幅增加、企業(yè)效益降低的后果。在核電、化工等行業(yè)中，由于工作環(huán)境嚴苛、介質(zhì)易燃易爆，閥門泄漏甚至?xí)l(fā)施工現(xiàn)場爆炸、人身安全等問題。因此，對閥門泄漏的檢測、泄漏原因的研究以及相應(yīng)的閥門改進措施，具有直接的經(jīng)濟效益和維護安全的重大意義。

1 閥門泄漏

閥門的泄漏分為內(nèi)泄漏（簡稱“內(nèi)漏”）和外泄漏兩類：外泄漏主要出現(xiàn)在閥體、閥桿以及其他連接件；而內(nèi)泄漏一般出現(xiàn)在密封機構(gòu)。內(nèi)漏往往難以發(fā)現(xiàn)原因，但存在更大安全隱患。閥門發(fā)生內(nèi)漏后，介質(zhì)在內(nèi)漏處分支為細小流體不斷沖蝕密封圈或閥芯，這將導(dǎo)致內(nèi)漏面積不斷增大，最終完全損壞。同時，管道內(nèi)也會不斷受到?jīng)_擊，使受沖擊位置逐漸變薄，最終管道破裂，危及閥門功能、工作人員安全，影響機組效益。

2 事故過程

AP1000 三代核電機組在調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)給水聯(lián)絡(luò)閥FWSV097 出現(xiàn)內(nèi)漏。內(nèi)漏管路段工況路徑如圖1 所示，其中MFP 為主給水管道、SG 為蒸汽發(fā)生器。

在啟動給水停運，手動關(guān)閉FWS-V097，同時手動關(guān)閉FWS-V193 的情況下，手動關(guān)閉SGS-V255A/B 后，F(xiàn)WS-V097至SGS-V255A/B 之間的管線壓力（PT043）由0 迅速上升為8 MPa 左右（即MFP 母管壓力）。進一步排查后發(fā)現(xiàn)，閥門FWS-V097 正向內(nèi)漏。對閥門解體檢查后發(fā)現(xiàn)，閥門鏡像密封圈損壞（圖2）。

在系統(tǒng)預(yù)運行試驗期間，發(fā)現(xiàn)在圖3 工況下啟動給水系統(tǒng)運行而主給水系統(tǒng)停運同時FWS-V097 閥門關(guān)閉的情況下，閥門FWSV097 處有明顯的水流聲（此時FWS-PT043 處壓力約10 MPa）。開啟FWS-V191 可見柱狀水流，確認FWS-V097 閥門反向內(nèi)漏。

閥門內(nèi)漏的原因主要有兩個：閥門生產(chǎn)廠家在設(shè)計之初存在一定缺陷、制造工藝過程中存在問題，造成的閥門密封不嚴。有鑒于此，在排查泄漏原因過程中重點核實了閥門的基本設(shè)計是否存在缺陷。

圖1 FWS-V097 閥門正向內(nèi)漏路徑

3 原因分析

查閱上游設(shè)計文件發(fā)現(xiàn)，閥門在正常關(guān)閉時應(yīng)允許承受差壓9 MPa（本參數(shù)僅供參考），入口側(cè)壓力（主給水側(cè)）9 MPa，但該文件未提及閥門反向承壓要求。由此推斷，閥門在設(shè)計時只考慮了正向承壓9 MPa，未考慮反向承壓。

查閱廠家出廠試驗資料發(fā)現(xiàn)，廠家根據(jù)上述設(shè)計要求制造了閥門并進行了關(guān)閉試驗，試驗壓力20 MPa 有余。該關(guān)閉試驗是由主給水側(cè)承壓完成打壓試驗，未驗證反向承壓能力。由此推斷，閥門在制造階段同樣未考慮反向承壓，如反向承壓可能導(dǎo)致閥門損壞。

由于閥門本身設(shè)計為反向不承壓，而機組日常運作中恰巧存在反向承壓的情況，這就導(dǎo)致了閥門泄漏現(xiàn)象。這種小流量的泄漏不斷沖蝕泄漏口，泄漏面積不斷增大，最終導(dǎo)致密封圈的損壞。機組管道內(nèi)也會不斷受到?jīng)_擊，受沖擊位置不斷變薄，最終也有管道破裂的風(fēng)險，危及工作人員安全、影響機組效益。

圖2 徑向密封環(huán)破損

圖3 FWS-V097 閥門反向泄漏路徑

因此，閥門改進必須圍繞反向承壓進行研究。通過整個機組重新調(diào)整去除反向承壓的情況，但是機組難免會存在啟動給水停運，手動關(guān)閉管線閥門進行維護的情況，通過完全杜絕反向承壓的情況難以實現(xiàn)。所以必須使閥門承受反向壓力時，也可以保證密封密實、可靠，確保閥芯不被沖蝕。

4 設(shè)計改造

綜合考慮上述問題的分析結(jié)論，對機組閥門進行了設(shè)計改造：增加反向密封和修改閥門泄漏率要求，增加關(guān)閉壓差要求，修改閥門內(nèi)件及執(zhí)行機構(gòu)。

更換零件后，在手動關(guān)閉FWS-V097、FWS-V193 的情況下，再去關(guān)閉SGS-V255A/B 后，閥門雖然會受到反向壓力，但是由于閥芯的縮短，閥芯不再受到介質(zhì)反向的沖蝕，從而避免了因反向承壓而造成的泄漏。更新后的閥門可以在反向承受壓力且工況下密封嚴實，解決了閥門內(nèi)漏問題。

5 結(jié)語

通過本次改進，總結(jié)了一些經(jīng)驗教訓(xùn)，閥門泄漏會對機組造成巨大損失和安全隱患，閥門的試驗、改進在機組運作中對保證機組安全起到重要作用。設(shè)計單位必須綜合考慮系統(tǒng)、設(shè)備運行的各類工況條件，調(diào)試、運行人員必須嚴格核實設(shè)計要求，認真審查設(shè)計、制造文件，將各類缺陷消滅在萌芽狀態(tài)。