分離器電位計(jì)備件故障診斷與判斷準(zhǔn)則優(yōu)化

葉 偉，張文宗

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

秦山核電重水堆核電站的不停堆換料是由燃料操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其核心設(shè)備是裝卸料機(jī)，分離器是裝卸料機(jī)最重要的部件之一。分離器主要功能是將通道屏蔽塞與燃料棒束或燃料棒束與燃料棒束之間進(jìn)行分離，保證屏蔽塞或燃料棒束能夠安全順利地進(jìn)入裝卸料機(jī)料倉(cāng)中。

裝卸料機(jī)能實(shí)現(xiàn)高溫高壓下不停堆地將乏燃料棒束裝入料倉(cāng)中必須依賴于分離器電位計(jì)對(duì)分離器的活塞缸位置進(jìn)行精確地監(jiān)測(cè)和控制。分離器動(dòng)作由具有導(dǎo)電性的重水驅(qū)動(dòng)，必須與線性電位計(jì)實(shí)體隔離，同時(shí)重水壓力變化范圍為0～15 MPa，因此設(shè)計(jì)采用充滿絕緣油的金屬波紋管及不銹鋼外殼將線性電位計(jì)與重水隔離，要求在重水壓力變化范圍內(nèi)電位計(jì)波紋管伸縮量可控，能正確反饋分離器的位置。

1 分離器電位計(jì)的結(jié)構(gòu)介紹與檢修標(biāo)準(zhǔn)

1.1 分離器電位計(jì)結(jié)構(gòu)介紹

分離器電位計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，雙置線性電位計(jì)與拉桿通過螺紋相連，在彈簧力的作用下拉桿與分離器部件保持接觸，反饋分離器實(shí)際位置。圖1 中豎線的右側(cè)為分離器重水區(qū)域（壓力變化范圍為0～15 MPa），以此線作參考，拉桿隨分離器活塞缸動(dòng)作的行程為1.665～2.901 inch（4.229～7.368 cm）。

圖1 分離器電位計(jì)組件結(jié)構(gòu)

波紋管組件將絕緣油與重水隔離，它的功能是在分離器重水壓力升高或降低時(shí)使外波紋管伸長(zhǎng)或收縮，從而改變電位計(jì)內(nèi)部的容積變化，使內(nèi)側(cè)油壓與外側(cè)水壓達(dá)成平衡，保護(hù)電位計(jì)（圖2）。波紋管組件由內(nèi)外兩個(gè)波紋管兩端焊接在支架和拉桿上組成。內(nèi)外波紋管由無(wú)硫鎳合金制作，此材料硬度大，具有良好的彈性，但缺點(diǎn)是比較脆，因此波紋管在受到扭曲力和橫向壓力時(shí)容易發(fā)生破裂。

圖2 波紋管組件結(jié)構(gòu)

1.2 分離器電位計(jì)檢修標(biāo)準(zhǔn)

分離器電位計(jì)每運(yùn)行兩個(gè)周期就需進(jìn)行解體，檢查零部件老化情況，然后組裝和功能測(cè)試。主要檢修標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）線性電位計(jì)同步性與絕緣性檢查：雙置線性電位計(jì)主備電壓差小于50 mV（4.9 VDC 供電；或?qū)?yīng)主備電位計(jì)電阻差小于100 Ω）；電位計(jì)在100 V 電壓作用下，絕緣電阻大于10 MΩ，如果超過標(biāo)準(zhǔn)則直接更換線性電位計(jì)。

（2）波紋管破損檢測(cè)。連接壓力測(cè)試工具，對(duì)波紋管打壓至150 kPa，保壓1 min 后要求壓降不大于5 kPa，同時(shí)壓力試驗(yàn)完畢后波紋管頭部不能異?？s進(jìn)。

（3）波紋管壓縮測(cè)試。抽真空充油完畢的電位計(jì)組件，對(duì)波紋管前端施加5 磅力（238 N）作用，波紋管的壓縮量不能超過0.015 inch（0.38 mm）。如果波紋管壓縮量超標(biāo)，說(shuō)明分離器電位計(jì)腔體內(nèi)空氣含量超標(biāo)，需要重新進(jìn)行解體和抽真空充油。

（4）高壓測(cè)試。使用專用工具加壓，在2500 psi（17.24 MPa）壓力下保持30 min，要求電位計(jì)電阻小于900 Ω，保壓期間壓力無(wú)異常突變，且高壓試驗(yàn)前后線性電位計(jì)電阻變化不能超過100 Ω。

2 電位計(jì)新備件性能檢查與故障診斷

2017 年10 月，維修人員對(duì)分離器電位計(jì)新備件（自定義編號(hào)1#和2#）進(jìn)行驗(yàn)收，執(zhí)行驗(yàn)收程序?qū)浼M(jìn)行性能檢查。

2.1 備件功能測(cè)試

（1）線性電位計(jì)同步性測(cè)試：全行程取樣20 個(gè)點(diǎn)，1#、2#電位計(jì)最大電阻差分別為78 Ω 和70 Ω。兩個(gè)電位計(jì)的全行程同步性良好。

（2）波紋管破損測(cè)試：150 kPa 差壓下波紋管無(wú)破損，5 min后壓降0.3 kPa。

（3）波紋管壓縮測(cè)試：使用5 磅力工具分別對(duì)兩個(gè)電位計(jì)組件進(jìn)行測(cè)試。1#電位計(jì)波紋管的壓縮量為0.27 mm，2#電位計(jì)波紋管的壓縮量為0.28 mm，測(cè)試合格。

（4）高壓測(cè)試：保壓過程中無(wú)泄漏，電位計(jì)電阻值未超過900 Ω，但泄壓后電位計(jì)回位性較差。由表1 可知，電位計(jì)組件在高壓試驗(yàn)前后電阻值變化超過驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（小于100 Ω）。

表1 高壓測(cè)試記錄 Ω

為進(jìn)行對(duì)比，使用已修復(fù)的25#分離器電位計(jì)組件進(jìn)行相同測(cè)試，經(jīng)過檢修的電位計(jì)初始電阻小于1 Ω，高壓試驗(yàn)泄壓后電阻值立即降低，高壓試驗(yàn)前后電位計(jì)阻值變化小于1 Ω。

按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，此對(duì)分離器電位計(jì)新備件（1#、2#）被判定為不合格。

2.2 新備件故障診斷

為定位新備件故障點(diǎn)，維修人員對(duì)這對(duì)分離器電位計(jì)進(jìn)行了解體檢查。將1#和2#分離器電位計(jì)組件進(jìn)行解體，檢查波紋管、彈簧、線性電位計(jì)等主要部件，測(cè)試電位計(jì)的同步性，然后重新組裝。波紋管檢查、彈簧檢查、電位計(jì)外觀檢查均為正常，其他測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 1#、2#組件解體檢查記錄

由測(cè)試可知，重新解體組裝后的電位計(jì)，性能仍無(wú)法達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。由此推斷，故障點(diǎn)可能存在于線性電位計(jì)、彈簧和波紋管之間。

重新解體2#分離器電位計(jì)，分別使用維修間的新備件（線性電位計(jì)、彈簧、波紋管）逐一進(jìn)行替換排查，并組裝測(cè)試，其他測(cè)試結(jié)果見表3。需要注意的是，維修間波紋管組件新備件無(wú)編號(hào)，可對(duì)其自定義編號(hào)a#。

表3 零部件替換測(cè)試記錄

由表3 可知，分別替換零部件后進(jìn)行的波紋管破損檢測(cè)均合格，進(jìn)行5 磅力波紋管壓縮測(cè)試時(shí)波紋管頭部壓縮量均小于0.38 mm，證明分離器電位計(jì)組件解體組裝后絕緣油真空度滿足要求。但高壓試驗(yàn)前后電位計(jì)阻值相差仍大于100 Ω，無(wú)法達(dá)到驗(yàn)收要求。

為進(jìn)一步對(duì)庫(kù)存兩個(gè)批次的波紋管進(jìn)行可用性確認(rèn)，同時(shí)將1#和2#電位計(jì)組件修復(fù)可用，分別領(lǐng)取兩個(gè)批次（2013 年入庫(kù)、2015 年入庫(kù)）的波紋管各一個(gè)。將兩個(gè)新波紋管分別組裝到1#、25#分離器電位計(jì)組件上進(jìn)行可用性測(cè)試驗(yàn)收，均合格。

2.3 診斷結(jié)論

通過以上功能測(cè)試與檢查，判斷分離器電位計(jì)新備件中自帶的波紋管不合格。表4 中，1#電位計(jì)波紋管編號(hào)為011196-01、2#電位計(jì)波紋管編號(hào)為011196-02。

表4 波紋管測(cè)試記錄

3 判斷準(zhǔn)則優(yōu)化

波紋管單體備件價(jià)格高、采購(gòu)周期長(zhǎng)，為進(jìn)一步判斷其是否可以使用，維修人員對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確認(rèn)。查詢歷史文件，確認(rèn)相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)出處。

3.1 判斷準(zhǔn)則依據(jù)

2011 年3 月，分離器電位計(jì)在換料期間波紋管破裂，查閱圖紙后，對(duì)分離器電位計(jì)離線檢修增加加壓2500 psi 并保壓30 min的試驗(yàn)要求，此壓力大于系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力16 MPa，能確保通過驗(yàn)收的電位計(jì)滿足現(xiàn)場(chǎng)的極端工況要求。另外，在電位計(jì)組件解體清潔后，為確認(rèn)波紋管是否破裂且承壓能力足夠，避免存在老化問題或質(zhì)量瑕疵的波紋管應(yīng)用到電位計(jì)組件，增加了對(duì)波紋管打壓的步驟，根據(jù)內(nèi)外波紋管承壓設(shè)計(jì)，選擇保守測(cè)試壓力150 kPa。以上兩個(gè)壓力測(cè)試，均要求保壓過程中不能有明顯壓降，但是高壓試驗(yàn)中電位計(jì)電阻值不能超過900 Ω 且高壓試驗(yàn)前后線性電位計(jì)電阻變化不能超過100 Ω。這一標(biāo)準(zhǔn)是由維修人員根據(jù)多年的檢修經(jīng)驗(yàn)指定的內(nèi)控驗(yàn)收值，相關(guān)原設(shè)計(jì)文件并無(wú)出處。

3.2 判斷準(zhǔn)則優(yōu)化

分離器電位計(jì)安裝到分離器上使用時(shí)，根據(jù)功能分為探桿電位計(jì)和回推器電位計(jì)。探桿電位計(jì)和回推器電位計(jì)在安裝到分離器上后，電位計(jì)最低阻值一般為0.8～1.0 kΩ。因此如果波紋管性能差異導(dǎo)致分離器電位計(jì)組件組裝后電位計(jì)在200 Ω 以下區(qū)間回位性能不好不會(huì)對(duì)電位計(jì)實(shí)際使用造成影響。

同時(shí)，新波紋管在承壓2500 psi 后，泄壓后雖然有時(shí)會(huì)無(wú)法完全回到打壓前的狀態(tài)，但重復(fù)加壓、泄壓，阻值具有一定的重復(fù)性。波紋管受拉力后產(chǎn)生一定的塑形變形，特別是新波紋管，均為正?，F(xiàn)象。設(shè)計(jì)文件和圖紙并沒有檢查該阻值的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

維修人員與技術(shù)工程師討論后，修改標(biāo)準(zhǔn)如下：首次對(duì)電位計(jì)加壓、泄壓，記錄電位計(jì)的電阻值；重復(fù)打壓、泄壓，再次復(fù)查電位計(jì)電阻值是否能夠回復(fù)到首次泄壓時(shí)的值。如前后偏差超過±200 Ω，則重新檢查波紋管的狀態(tài)，必要時(shí)更換波紋管組件。

3.3 備件再測(cè)試

依據(jù)最新標(biāo)準(zhǔn)，表1 中電位計(jì)高壓測(cè)試驗(yàn)收滿足要求。維修人員再次對(duì)此前判定不合格備件進(jìn)行組件與高壓測(cè)試，確認(rèn)所有波紋管組裝后打壓均能滿足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間增加，目前燃料操作系統(tǒng)設(shè)備老化趨勢(shì)明顯，備件消耗逐年增加，為此需要儲(chǔ)備相應(yīng)數(shù)量的備件。備件均有不同的擔(dān)保期，過擔(dān)保期如備件不可用，會(huì)對(duì)公司造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的可用率降低。因此備品備件入庫(kù)前驗(yàn)收至關(guān)重要。

分離器電位計(jì)作為燃料操作系統(tǒng)一個(gè)重要備件，其驗(yàn)收有具體的標(biāo)準(zhǔn)，因此能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，防止不合格備件用到系統(tǒng)上。同時(shí)，維修人員也要根據(jù)實(shí)際工況參與制定檢修標(biāo)準(zhǔn)，確保檢修標(biāo)準(zhǔn)合理、安全。