最終熱井系統(tǒng)止回閥故障分析及處理

袁 磊，胡啟帥，曹 宇，黃麟淞，鄧治鑫，鄒 昆

（中國核動力研究設(shè)計(jì)院，四川成都 610041）

0 引言

止回閥作為最終熱井系統(tǒng)（以下簡稱“W 系統(tǒng)”）的重要組成部分之一，止回閥負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)中流體流動及止回效果，使系統(tǒng)發(fā)揮其功能，在運(yùn)行人員做系統(tǒng)定期檢查試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，W 系統(tǒng)的止回閥故障無法關(guān)閉，造成W 系統(tǒng)非能動余熱排出水池液位下降，W 系統(tǒng)冷卻水泵出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使W 系統(tǒng)喪失安全可靠的作用。針對此現(xiàn)象本文進(jìn)行原因分析并進(jìn)行處理，以提高系統(tǒng)的安全可靠性。

1 系統(tǒng)介紹

W 系統(tǒng)用于在事故停堆后或模擬運(yùn)行期間，為二回路非能動余熱排出系統(tǒng)提供自然循環(huán)的穩(wěn)定冷卻水源，將非能動余熱排出系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量傳至安全水池，安全水池內(nèi)的水通過熱交換、蒸發(fā)等方式散熱，帶走熱量（圖1）。W 系統(tǒng)具有安全功能，安全等級為SC-3，能保證在事故停堆后和模擬運(yùn)行期間系統(tǒng)的可用性和執(zhí)行安全功能的能力。

圖1 W 系統(tǒng)流程

作為系統(tǒng)正常運(yùn)行中唯一阻止管道內(nèi)流體倒流的部分，止回閥與系統(tǒng)的安全運(yùn)行有直接關(guān)系，其作用不可忽視。W 系統(tǒng)的雙瓣式蝶形止回閥是一種旋啟動作的止回閥，在彈簧作用下雙閥瓣為關(guān)閉狀態(tài)，由自上而下的流體將閥瓣推開，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、外形尺寸小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

2 止回閥的故障原因分析

2.1 系統(tǒng)管道內(nèi)存在大量雜質(zhì)或異物

止回閥失效的原因主要是，系統(tǒng)運(yùn)行過程中流體將具有腐蝕性的雜質(zhì)、沉積物及淤泥等帶入管道內(nèi)，并堆積在止回閥閥瓣周圍，導(dǎo)致止回閥無法正常開關(guān)、有效執(zhí)行其功能，同時造成系統(tǒng)停運(yùn)時管道內(nèi)流體回座壓力達(dá)不到要求。所以，雜質(zhì)對止回閥性能的影響較大。

另外，異物對止回閥的影響也不容忽視。管道中的異物經(jīng)常伴隨系統(tǒng)安裝和開口檢修過程，如管理不到位導(dǎo)致將物料或工器具遺留在管道內(nèi)，在止回閥開閉過程中會損壞閥體或造成卡阻，導(dǎo)致止回閥無法閉合形成內(nèi)漏現(xiàn)象。

W 系統(tǒng)的水來自安全水池，而水源來自廠區(qū)附近的河流，所以水池內(nèi)水質(zhì)受環(huán)境影響較大，水中長期混有由直徑顆粒較小但肉眼可見的泥沙、黏土、原生動物、藻類等懸浮物及由動植物腐爛分解生成的腐殖物、天然無機(jī)礦物質(zhì)膠體等。所以，止回閥失效的原因有管道內(nèi)雜質(zhì)或異物。

2.2 閥瓣、閥體的損壞

W 系統(tǒng)備用狀態(tài)時止回閥在所受到的壓力為基本穩(wěn)態(tài)的靜態(tài)壓力，系統(tǒng)運(yùn)行時會受到水泵對流體輸送的流量壓力會對這種的靜態(tài)壓力形成沖擊破壞，這種沖擊波動影響會閥瓣、對閥體形成振動與流體沖擊，閥瓣與閥座之間會形成拍打，容易引起閥瓣破碎或造成閥瓣與閥體之間磨損而引起止回閥功能喪失。

技術(shù)員現(xiàn)場拆卸W 系統(tǒng)止回閥時發(fā)現(xiàn)，止回閥閥瓣、閥體形態(tài)保持完好，未發(fā)現(xiàn)損壞，因此可以排除因閥瓣、閥體的損壞而造成止回閥內(nèi)漏的因素。

2.3 閥門的質(zhì)量和安裝方法

止回閥自身的工藝結(jié)構(gòu)與安裝方式技術(shù)，在很大程度上決定了止回閥的質(zhì)量。工藝結(jié)構(gòu)不達(dá)標(biāo)對止回閥泄漏的影響較大，止回閥安裝位置與管道布置也影響著閥門的可靠性。

3 故障處理方法及驗(yàn)證

3.1 更換系統(tǒng)運(yùn)行方式

W 系統(tǒng)運(yùn)行方式可采用遠(yuǎn)程運(yùn)行和手動運(yùn)行兩種方式，遠(yuǎn)程運(yùn)行方式在W 系統(tǒng)備投狀態(tài)不采取隔離，當(dāng)非能動余熱排出水池冷卻水液位降至報(bào)警液位時啟動W 系統(tǒng)補(bǔ)水至正常液位；手動運(yùn)行方式在W 系統(tǒng)備投期間關(guān)閉泵出口隔離閥的15#閥門和16#閥門，防止非能動余熱排出水池冷卻水回流至安全水池。

3.1.1 遠(yuǎn)程運(yùn)行試驗(yàn)

W 系統(tǒng)處于正常備投狀態(tài)，系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程啟動，當(dāng)運(yùn)行列出現(xiàn)故障時系統(tǒng)可自動切換至備用列運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行時，一部分冷卻水會通過備用系列返回安全水池。且在系統(tǒng)備投狀態(tài)下，非能動余熱排出水池內(nèi)冷卻水流經(jīng)泵回流至安全水池的流量約7 m3/h，每天需啟動兩次W 系統(tǒng)向非能動余熱排出水池供水，方能滿足非能動余熱排出水池安全液位的要求。

因止回閥13#閥和14#閥均出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，1#泵和2#泵長期處于反轉(zhuǎn)及頻繁啟停狀態(tài)，對泵及電機(jī)危害較大，還會增大泵及電機(jī)運(yùn)行故障的風(fēng)險、縮短設(shè)備使用壽命。

3.1.2 手動運(yùn)行試驗(yàn)

當(dāng)需要運(yùn)行W 系統(tǒng)時，手動就地打開15#閥或16#閥，啟動1#泵或2#泵。當(dāng)需要切換至備用泵運(yùn)行時，需就地打開備用列泵出口隔離閥，啟動備用泵，再關(guān)閉運(yùn)行列泵出口隔離閥、停運(yùn)運(yùn)行泵。

經(jīng)運(yùn)行人員就地操作演示，W 系統(tǒng)手動運(yùn)行就地啟動時間約15 min；系統(tǒng)切換至備用列運(yùn)行時，切換時間約20 min。

手動運(yùn)行方式系統(tǒng)啟動及切換時間較長，在事故情況下非能動余熱排出水池溫升較快，不滿足事故情況下非能動余熱排出系統(tǒng)冷卻的要求。且系統(tǒng)無法快速響應(yīng)，備用泵無法自動啟動，如果W 系統(tǒng)在運(yùn)行時運(yùn)行泵出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致非能動余熱排出水池冷卻水供應(yīng)出現(xiàn)中斷風(fēng)險。

（1）優(yōu)點(diǎn)：無需改動W 系統(tǒng)硬件，W 系統(tǒng)非能動余熱排出水池具有低液位報(bào)警信號，可人為控制系統(tǒng)啟停，不會造成非能動余熱排出水池缺水。

（2）缺點(diǎn)：在手動運(yùn)行狀態(tài)下，W 系統(tǒng)啟動時間較長，一旦出現(xiàn)事故停堆系統(tǒng)將無法快速響應(yīng)，非能動余熱排出水池冷卻水供應(yīng)有中斷風(fēng)險；在自動運(yùn)行狀態(tài)下，泵長期反轉(zhuǎn)及頻繁啟停情況下對泵及電機(jī)危害較大。

3.2 對止回閥進(jìn)行維修并試驗(yàn)驗(yàn)證

利用工程檢修窗口期對止回閥進(jìn)行拆卸檢修，在止閥門檢修過程中發(fā)現(xiàn)，止回閥的密封面、彈簧、結(jié)構(gòu)件完好并無損壞，閥瓣上表面已經(jīng)布滿污垢與銹質(zhì)，閥座橡膠圈老化變形。整個密封面上有約2 cm 寬的水痕。經(jīng)廠家與設(shè)計(jì)方進(jìn)行評估，結(jié)果為W系統(tǒng)水質(zhì)較差導(dǎo)致閥瓣年久而未保養(yǎng)造成閥門密封面污垢多失效、閥座橡膠圈老化變形、閥門閉合不嚴(yán)實(shí)，形成止回閥內(nèi)漏、導(dǎo)致止回閥失效。

對止回閥進(jìn)行清洗、解體，閥門零件進(jìn)行表面清理除污、除去閥體內(nèi)部損壞老化的橡膠閥座，并重新硫化后進(jìn)行回裝，然后進(jìn)行止回閥功能驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)分為以下3 種：

（1）試驗(yàn)1：13#閥泄漏驗(yàn)證。啟動1#泵，將非能動余熱排出水池液位打至滿液位13.75 m 后停運(yùn)1#泵，運(yùn)行時1#泵出口壓力為0.25 MPa，電機(jī)電流為60 A，系統(tǒng)流量515 m3/h 左右就地觀察未出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，就地關(guān)閉16#閥，觀察13#閥的泄漏情況；24 h 后記錄非能動余熱排出水池液位為13.74 m，即24 h 內(nèi)13#閥泄漏量導(dǎo)致非能動余熱排出水池液位下降0.01 m。經(jīng)計(jì)算，13#閥的泄漏率為0.035 m3/h。

（2）試驗(yàn)2：14#閥泄漏驗(yàn)證。啟動2#泵將非能動余熱排出水池液位打至滿液位13.75 m 后停運(yùn)2#泵，運(yùn)行時2#泵出口壓力為0.25 MPa，電機(jī)電流為50A，系統(tǒng)流量505 m3/h 左右；就地關(guān)閉15#閥，打開16#閥；24 h 后記錄非能動余熱排出水池液位為13.74 m，即24 h 內(nèi)14#閥泄漏量導(dǎo)致非能動余熱排出水池液位下降了0.01 m。經(jīng)計(jì)算，14#閥的泄漏率為0.035 m3/h。

（3）試驗(yàn)3：13#閥和14#閥共同泄漏驗(yàn)證。遠(yuǎn)程啟動2#泵將非能動余熱排出水池液位打至滿液位13.75 m 后停運(yùn)2#泵；就地打開15#閥；24 h 后記錄非能動余熱排出水池液位為13.73 m，即24 h 內(nèi)W013/014VC 泄漏量導(dǎo)致1#BA 液位下降0.02 m。經(jīng)計(jì)算，13#閥和14#閥的共同泄漏率為0.07 m3/h。

經(jīng)現(xiàn)場人員進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果分析符合設(shè)計(jì)要求，且W 系統(tǒng)冷卻水泵未發(fā)生反轉(zhuǎn)，有效解決了止回閥的泄漏問題（圖2）。

圖2 試驗(yàn)泄漏率對比

該方案的優(yōu)點(diǎn)是，W 系統(tǒng)止回閥經(jīng)返廠維修后泄漏量有明顯減少，冷卻水泵無反轉(zhuǎn)現(xiàn)象；缺點(diǎn)是止回閥維修需要檢修窗口，且維修周期較長，維修耗費(fèi)較高。

4 結(jié)論

針對對W 系統(tǒng)止回閥失效、造成非能動余熱水池異常降低和系統(tǒng)冷卻水泵反轉(zhuǎn)的問題，分析原因，形成兩種解決方法。

（1）更變系統(tǒng)運(yùn)行方式，但在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)自動運(yùn)行狀態(tài)下，水泵反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象依舊未得到解決，系統(tǒng)存在一定風(fēng)險；在手動運(yùn)行狀態(tài)下，運(yùn)行人員操作與響應(yīng)時間較長，不符合系統(tǒng)安全級設(shè)定。

（2）將止回閥進(jìn)行維修處理，需要一定時長的維修窗口，維修費(fèi)用較高，但可以有效降低止回閥的泄漏率與水泵反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，因此為W 系統(tǒng)止回閥故障處理的最佳方案。