核電廠安全殼通風隔離閥多次開關故障治理

黃少華，盧 祺，楊秀敏

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

壓水堆核電機組安全殼通風隔離閥是保證系統(tǒng)安全的關鍵設備，用于壓水堆核電廠密閉貫穿反應堆安全殼的內(nèi)外風道，執(zhí)行系統(tǒng)的安全功能，切斷或接通管路，從而使系統(tǒng)正常運行。當安全殼內(nèi)發(fā)生事故時，安全殼隔離閥能在2 s內(nèi)快速關閉，以防止和減緩事故后安全殼內(nèi)放射性物質(zhì)的外逸。安全殼大氣監(jiān)測系統(tǒng)有8臺口徑為250 mm的安全殼隔離閥，其中有4臺可由氣動裝置自動開啟,也可以就地手動打開，另外4臺閥門沒有設置氣動裝置，只能就地手動打開，當電磁離合失電后（事故狀態(tài)下或者主控室控制）便會立即關閉，從而防止放射性物質(zhì)外泄。

1 缺陷描述

某核電機組新建運行后不久，運行人員發(fā)現(xiàn)安全殼排放前，遠程氣動打開某安全殼隔離閥時現(xiàn)場閥門會出現(xiàn)多次開關的故障現(xiàn)象，一般需要多次開關閥門才可以到達正常全開位置。維修人員嘗試調(diào)小氣動泵供氣氣源壓力后，閥門動作次數(shù)會減少，但是仍舊無法一次到達全開位置，缺陷依然存在。

2 動作原理

手輪或氣動驅(qū)動裝置可帶動驅(qū)動桿使蝸輪盤轉(zhuǎn)動，電磁離合器帶電嚙合前，轉(zhuǎn)動的驅(qū)動蝸輪盤與驅(qū)動蝸桿分離；當電磁離合帶電時，驅(qū)動蝸輪盤與驅(qū)動蝸桿連成一體，驅(qū)動蝸輪盤轉(zhuǎn)動會帶動驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，使齒條移動，從而達到閥門開啟的目的。反向，由于蝸輪蝸桿的自鎖作用，驅(qū)動蝸桿無法帶動驅(qū)動蝸輪盤，閥門會被鎖定到在某一開啟位置，但是只要電磁離合器失電，作用在齒條上的閥門關閉力會使齒條移動，帶動驅(qū)動蝸輪旋轉(zhuǎn)（此時蝸輪盤無法對蝸桿產(chǎn)生自鎖），閥門快速自動關閉。

3 首次缺陷處理

機組首次大修期間對執(zhí)行機構(gòu)進行檢查，發(fā)現(xiàn)電磁離合器的一側(cè)，齒整圈凹陷，整圈共6個支撐全部斷裂損壞（圖1），未發(fā)現(xiàn)其他異常，于是更換新的電磁離合器后正?；匮b，工作全部完成后，氣動開啟閥門連續(xù)3次沒有異常。但是大修結(jié)束后不久，該閥門會出現(xiàn)電磁離合失電不能快關的情況，影響閥門的安全功能，同時在試驗過程中發(fā)現(xiàn)多次開關閥門才可以到達正常全開位置的缺陷現(xiàn)象依然存在。

圖1 電磁離合器6個支撐全部斷裂損壞

4 根本原因排查

4.1 分析方向確定

根據(jù)首次缺陷處理情況可以確定，電磁離合器損壞不是缺陷產(chǎn)生的根源，電磁離合器損壞只是根本原因的某個結(jié)果，也可能只是某一促成因素。由于現(xiàn)場根據(jù)故障現(xiàn)象無法進一步查找根本原因，需要安排第二次全面解體檢查。

4.2 可能因素排查

（1）電磁離合器問題。因為之前已經(jīng)更換了電磁離合器，隨后又出現(xiàn)了類似問題，需要再次檢查離合器狀態(tài)，接下來解體窗口電磁離合器沒有異常，儀控專業(yè)檢查電磁線圈檢查、信號檢查也沒有發(fā)現(xiàn)異常，因此可排除電磁離合本身的問題。

（2）閥體或執(zhí)行機構(gòu)卡澀問題。前后兩次缺陷均為偶發(fā)，閥門本體各防塵密封完好，不會有異物進入導致靜動之間卡澀；閥門密封打壓合格，說明閥門與執(zhí)行機構(gòu)各部件配合無異常；電磁離合器帶電之后，用手輪開啟閥門沒有卡澀。因此，可以判斷閥體或執(zhí)行機構(gòu)卡澀不是問題的原因。

4.3 第二次解體異常分析

4.3.1 異常情況

再次解體檢查執(zhí)行機構(gòu)嚙合裝置，電磁離合器無異常外，但是發(fā)現(xiàn)蝸輪盤與其本來一體的中心軸承存在異常位移跡象（蝸輪盤上壓住中心軸承的翻邊已經(jīng)缺失），且保護罩已經(jīng)損壞（圖2）。更換損壞部件后，按照原順序回裝時發(fā)現(xiàn)，在失電情況下電磁離合器也有嚙合異常情況，根據(jù)設計要求電磁離合器齒頂間隙應該為0.5～0.7 mm。

圖2 二次解體異常示意

4.3.2 新舊備件差別問題分析

重新解體電磁離合器組件，對更換的蝸輪盤（包括中心軸承）、保護罩和電磁離合器的新舊備件外形尺寸進行測量，發(fā)現(xiàn)除了保護罩厚度存在差別外，其他新舊備件沒有異常。新保護罩比舊保護罩厚0.3 mm，這會使嚙合間隙減小0.3 mm（圖3），于是將舊保護罩替換新保護包后重新回裝，發(fā)現(xiàn)依舊存在異常嚙合的情況，可以判斷新舊備件不是導致間隙偏小的根本原因（圖4）。

圖3 舊保護罩安裝示意

圖4 新保護罩安裝

4.3.3 嚙合間隙異常分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)設計，在保證各部件外形一致的情況下，嚙合間隙是通過調(diào)整中心軸承內(nèi)圈前后的墊片來實現(xiàn)的（圖5）。現(xiàn)場拆除該調(diào)整墊片，回裝離合器組件，將離合器嚙合間隙固定在0.6 mm（設計標準0.5～0.7 mm），用塞尺測量中心軸承內(nèi)圈兩端間隙，A為1.95 mm（該處原來未安裝墊片）、B為0.05 mm（該處原來安裝有2 mm厚的調(diào)整墊片）。

圖5 離合器組件間隙測量示意

根據(jù)上述實測結(jié)果可以確定，A處應該安裝的調(diào)整墊片被安裝到B處，這是導致該閥出現(xiàn)一系列異常根本原因（圖6）。因為該閥在安裝調(diào)試期間沒有進行過解體檢修，可以判斷在廠內(nèi)裝配時該調(diào)整墊片被安裝在錯誤的地方（圖7、圖8）。

圖6 調(diào)整墊片安裝錯誤（嚙合異常）

圖7 調(diào)整墊片安裝正確（嚙合間隙正常）

4.4 兩次缺陷演變分析

缺陷的演變過程如圖8所示。

兩次異常損壞的表現(xiàn)：電磁離合器嚙合齒斷裂產(chǎn)生相對位移（圖9、圖10），離合器嚙合盤斷裂后，嚙合齒才脫開（圖8）；中心軸承和蝸輪盤異常位移（圖12、圖13），蝸輪盤相對中心軸承產(chǎn)生異常位移后嚙合齒才脫開（圖9）。

圖8 缺陷演變過程的Visio圖

圖9 離合器嚙合盤斷裂前

圖10 離合器嚙合盤斷裂后

圖11 蝸輪盤相對中心軸承產(chǎn)生異常位移前

圖12 蝸輪盤相對中心軸承產(chǎn)生異常位移后

圖13 間隙調(diào)整示意

5 問題處理

在確定故障的根本原因后，重新安裝調(diào)整墊片，保證離合器失電狀態(tài)下的嚙合間隙為0.5～0.7 mm，由于保護罩備件厚度比原來的保護罩厚0.3 mm，重新加工增厚的調(diào)整墊片（增厚量與保護罩的增厚量相等）（圖13）?；匮b完成后進行再鑒定合格，后來該閥門未再出現(xiàn)過動作異常的問題。

6 后續(xù)策略

（1）在檢修程序中增加電磁離合器嚙合間隙的檢查內(nèi)容，并明確通過改變調(diào)整墊片調(diào)整嚙合間隙的方法。

（2）將安全殼隔離閥氣動裝置供氣泵的氣壓控制在廠家建議的0.35～0.40 bar（0.035～0.040 MPa），即安裝減壓過濾器，原設計直接接到廠房壓空管線上（壓力可達到8 bar）。