AP1000核電廠MSIV與MFIV儀控設(shè)備預(yù)防性維修優(yōu)化研究

(國(guó)核示范電站有限責(zé)任公司，山東 榮城 264300)

AP1000核電廠中，主蒸汽隔離閥MSIV和主給水隔離閥MFIV(簡(jiǎn)稱(chēng)“隔離閥”)均屬于FLOWSERV廠家生產(chǎn)、安全分級(jí)為B級(jí)的雙楔形閘閥。 MSIV執(zhí)行安全殼隔離、蒸發(fā)器隔離和主蒸汽管線(xiàn)隔離安全功能，MFIV執(zhí)行安全殼隔離、蒸發(fā)器隔離和主給水管線(xiàn)隔離安全功能。

上述隔離閥設(shè)計(jì)中執(zhí)行安全相關(guān)隔離功能，通過(guò)電磁閥、液壓油和氮?dú)饴?lián)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)保證閥門(mén)的快關(guān)功能，同時(shí)保證閥門(mén)正常關(guān)閉的執(zhí)行[1]。MSIV與MFIV相同安裝位置所對(duì)應(yīng)儀控設(shè)備的型號(hào)、測(cè)量范圍和功能相同。其中，液壓變送器聯(lián)鎖啟停油泵的高低設(shè)定值和氮?dú)鈮毫ψ兯推鞯母邎?bào)警定值存在數(shù)值差異。本文對(duì)關(guān)鍵儀控設(shè)備的更換周期和經(jīng)驗(yàn)反饋進(jìn)行了介紹，提出了一種隔離閥儀控設(shè)備總體預(yù)防性維修周期及項(xiàng)目的優(yōu)化建議。

1 儀控設(shè)備

表1詳細(xì)列出了單臺(tái)隔離閥上通用的儀控設(shè)備及其功能，其中微動(dòng)開(kāi)關(guān)和電磁閥均為兩側(cè)冗余配置，對(duì)于包含進(jìn)油回路的一側(cè)稱(chēng)為泵側(cè)，相對(duì)一側(cè)稱(chēng)為非泵側(cè)。

表1 單臺(tái)隔離閥儀控設(shè)備功能清單

2 更換周期

為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)要求，設(shè)備廠家通過(guò)型式試驗(yàn)和外推法相結(jié)合的方式得出設(shè)備在可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求功能下的使用壽命即鑒定壽命。而設(shè)備高溫工作環(huán)境造成的設(shè)備熱老化現(xiàn)象是影響鑒定壽命的重要一環(huán)。本文結(jié)合設(shè)備廠家提供的鑒定壽命和熱老化關(guān)系，提出了一種關(guān)鍵儀控設(shè)備所適用的更換周期建議。

2.1 電磁閥更換周期

FLOWSERV廠家運(yùn)維手冊(cè)明確為保證安全相關(guān)設(shè)備滿(mǎn)足IEEE-382規(guī)范對(duì)于隔離閥鑒定壽命的要求，規(guī)定10～12年完成主泄壓電磁閥和試驗(yàn)電磁閥的更換工作。

依據(jù)廠家運(yùn)維手冊(cè)，若一個(gè)新備件即儲(chǔ)存壽命使用情況為0年，所曝露的環(huán)境平均溫度為40 ℃，那么推薦的維修或更換計(jì)劃約12年。滿(mǎn)功率運(yùn)行期間現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)多次測(cè)量取高值得出設(shè)備表面溫度約為54 ℃，未超過(guò)電磁閥的設(shè)計(jì)溫度。

根據(jù)電氣產(chǎn)品的失效率曲線(xiàn)即“浴盆曲線(xiàn)”，大多數(shù)設(shè)備的故障率是時(shí)間的函數(shù)，而失效率隨時(shí)間變化分為三個(gè)階段：早期失效期、偶然失效期和耗損失效期。經(jīng)同類(lèi)型電站調(diào)研和廠家交流，10～12年的使用壽命已處于耗損失效期，即該階段的失效率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而急速增加，主要由磨損、疲勞、老化和耗損等原因造成。

綜上所述，出于保守考慮采用下限10年=6.67 C(1 C=1.5年)作為與實(shí)際運(yùn)行工況相匹配的鑒定壽命，即選擇6 C作為電磁閥的更換周期。

2.2 磁接近開(kāi)關(guān)更換周期

TOPWORX廠家手冊(cè)中明確核級(jí)行程指示開(kāi)關(guān)(SV7-13521型號(hào))在48.9 ℃時(shí)的鑒定壽命為106年，最高工作溫度為260 ℃，溫度與鑒定壽命的關(guān)系如圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)安裝位置靠近高能管道，受到管道熱傳導(dǎo)和熱輻射的影響，滿(mǎn)功率運(yùn)行期間現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)多次測(cè)量取高值得出設(shè)備表面溫度約為82.8 ℃，通過(guò)插值法計(jì)算與實(shí)際運(yùn)行工況相匹配的鑒定壽命約6.6年，保守決策更換周期為4C。

圖1 SV7磁接近開(kāi)關(guān)鑒定壽命Fig.1 Qualified life for the limit switch of SV7

商用級(jí)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)(73-145683831型號(hào))未執(zhí)行型式試驗(yàn)，設(shè)備安裝位置遠(yuǎn)離高能高溫管道且不影響隔離閥執(zhí)行安全相關(guān)功能。

滿(mǎn)功率運(yùn)行期間現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)多次測(cè)量取高值得出設(shè)備表面溫度約為42 ℃，屬于設(shè)備和緩工作溫度范圍內(nèi)。在大修期間，對(duì)微動(dòng)開(kāi)關(guān)預(yù)維工作中檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間有延遲趨勢(shì)。該設(shè)備的異常響應(yīng)會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法遠(yuǎn)方手動(dòng)正常關(guān)閉，保守決策考慮更換周期同核級(jí)行程指示開(kāi)關(guān)同為4 C。

2.3 變送器更換周期

如圖2變送器WEED廠家樣本中通過(guò)阿倫尼烏斯公式外推出的鑒定壽命與溫度曲線(xiàn)。

在滿(mǎn)功率運(yùn)行期間，定期測(cè)量變送器外部、內(nèi)部多個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度并取高值所得設(shè)備整體溫度約為48 ℃，通過(guò)對(duì)照下圖并配合插值法計(jì)算，得出與實(shí)際運(yùn)行工況相匹配的鑒定壽命約6.5年，保守決策更換周期為4 C。

3 經(jīng)驗(yàn)反饋

以下AP1000電站隔離閥運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，均屬于儀控設(shè)備未得到有效的日常預(yù)維與定期更換所產(chǎn)生的結(jié)果，借以再次說(shuō)明隔離閥儀控設(shè)備執(zhí)行合理預(yù)防性維修周期和項(xiàng)目的重要性。

3.1 電磁閥漏油

國(guó)內(nèi)某核電廠在運(yùn)行模式上行期間，處于蒸汽發(fā)生器啟動(dòng)給水向主給水流道切換前階段。1號(hào)SG主給水隔離閥SGS-V057 A泵側(cè)試驗(yàn)電磁閥VENT口持續(xù)滲油，漏量約1～2滴/s。初步分析與預(yù)防性維修和成品保護(hù)不到位有關(guān)，即未能通過(guò)有效的預(yù)維項(xiàng)目及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障電磁閥內(nèi)密封組件老化跡象，且電磁閥所在房間進(jìn)行管道保溫拆除和安裝期間未對(duì)VENT口進(jìn)行有效成品保護(hù)。

鑒于該電磁閥的更換將對(duì)主給水隔離閥保持開(kāi)位帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，機(jī)組運(yùn)行期間屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，閥門(mén)的意外關(guān)閉直接導(dǎo)致停機(jī)停堆和主給水流道的不可用風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)組隨即暫停模式上行，通過(guò)備件更換予以處理，占用時(shí)間窗口4 h，給機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)潛在隱患。

3.2 磁接近開(kāi)關(guān)失效

對(duì)于行程開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)上用于隔離閥全開(kāi)和全關(guān)到位的指示和反饋抑制指令的控制功能。對(duì)于微動(dòng)開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)上為防止隔離閥慢關(guān)過(guò)程中試驗(yàn)電磁閥未動(dòng)作到位而引起的隔離閥意外快關(guān)。當(dāng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)未動(dòng)作到位或失效時(shí)，控制邏輯將自動(dòng)取消進(jìn)行中的關(guān)閥指令并聯(lián)鎖啟動(dòng)油泵，最終將閥門(mén)恢復(fù)到開(kāi)位。

國(guó)內(nèi)某核電廠大修期間，1號(hào)機(jī)主蒸汽隔離閥SGS-V040B發(fā)出關(guān)閉指令且閥門(mén)關(guān)閉到位后畫(huà)面閥門(mén)開(kāi)關(guān)指示顯示品紅色即故障狀態(tài)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，關(guān)反饋行程開(kāi)關(guān)在觸發(fā)狀態(tài)下回路電阻過(guò)大，導(dǎo)致控制邏輯中的全關(guān)信號(hào)未到來(lái)。

國(guó)內(nèi)某核電廠大修期間，2號(hào)機(jī)主給水隔離閥SGS-V057B進(jìn)行開(kāi)關(guān)測(cè)試工作，在閥門(mén)慢關(guān)過(guò)程中微動(dòng)開(kāi)關(guān)超設(shè)定時(shí)間未動(dòng)作到位導(dǎo)致閥門(mén)關(guān)指令取消且電動(dòng)油泵重新啟動(dòng)，隔離閥重回到全開(kāi)位置。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，微動(dòng)開(kāi)關(guān)在目標(biāo)磁鐵靠近觸發(fā)距離的狀態(tài)下，回路導(dǎo)通緩慢且初始接觸電阻過(guò)大然后逐漸減小，導(dǎo)致控制邏輯中的微動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)未及時(shí)到來(lái)。

上述故障均為磁接近開(kāi)關(guān)老化失效的現(xiàn)象，可通過(guò)合理的預(yù)防性維修和更換來(lái)避免。

4 總體預(yù)維周期及項(xiàng)目?jī)?yōu)化建議

對(duì)于單臺(tái)隔離閥儀控設(shè)備總體預(yù)防性維修周期及項(xiàng)目的制定，旨在通過(guò)經(jīng)濟(jì)合理、定期有效的預(yù)維工作，極大的降低儀控設(shè)備失效的可能，如表2所示。

表2 單臺(tái)隔離閥1C預(yù)維項(xiàng)目清單

4.1 周期1 C預(yù)維項(xiàng)目

4.2 周期2 C預(yù)維項(xiàng)目

考慮減少反復(fù)拆裝引起的密封材料損耗，以及保證液壓變送器聯(lián)鎖啟停油泵重要控制功能的實(shí)現(xiàn)，2 C周期采取了僅對(duì)液壓變送器進(jìn)行儀表校驗(yàn)和通道測(cè)試的預(yù)維項(xiàng)目。

表3 單臺(tái)隔離閥3 C預(yù)維項(xiàng)目清單

4.3 周期4 C預(yù)維項(xiàng)目

機(jī)械專(zhuān)業(yè)對(duì)于MSIV和MFIV解體周期定為4 C，與儀控設(shè)備的預(yù)維更換周期重疊，同步解決了現(xiàn)場(chǎng)由于檢修位置狹小而導(dǎo)致的維修不可達(dá)。

表4 單臺(tái)隔離閥4 C預(yù)維項(xiàng)目清單

4.4 周期6 C預(yù)維項(xiàng)目

針對(duì)電磁閥的預(yù)維項(xiàng)目建議按照下述的先后順序執(zhí)行。

表5 單臺(tái)隔離閥6 C預(yù)維項(xiàng)目清單

5 結(jié)論

AP1000核電廠隔離閥用于執(zhí)行主蒸汽與主給水管線(xiàn)隔離的安全功能，通過(guò)切斷給水供應(yīng)和蒸汽排放，防止反應(yīng)堆過(guò)度冷卻可能導(dǎo)致的堆芯意外臨界或威脅反應(yīng)堆壓力容器完整性的熱沖擊。相關(guān)儀控設(shè)備的正常工作是保障隔離閥實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)安全功能的前提，需給予高度的重視。

本文結(jié)合設(shè)備廠家提供的鑒定壽命和高溫造成的熱老化現(xiàn)象給出了儀控設(shè)備所適用的更換周期，并提出了一種AP1000隔離閥儀控設(shè)備總體預(yù)維周期和項(xiàng)目的優(yōu)化建議。參照本文周期性開(kāi)展隔離閥儀控設(shè)備的預(yù)維項(xiàng)目，可在降低設(shè)備失效可能性、保障設(shè)備可靠運(yùn)行的同時(shí)，有效提升預(yù)維工作的經(jīng)濟(jì)性。