人員閘門密封檢測(cè)系統(tǒng)的功能與應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：董緒超（1986-），男，碩士，工程師。研究方向?yàn)槊裼煤穗娬救剂限D(zhuǎn)運(yùn)、工藝運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)設(shè)備。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.005

摘? 要：人員閘門作為核電站核島安全殼的一部分，除了保證其正常運(yùn)行操作功能，還應(yīng)保持與安全殼一致的氣密性，所以為人員閘門配置一套密封檢測(cè)系統(tǒng)尤為重要。該文簡(jiǎn)要論述人員閘門密封檢測(cè)系統(tǒng)（其中核心的控制裝置被稱為氣動(dòng)回路）的主要功能和系統(tǒng)特點(diǎn)；并對(duì)氣動(dòng)回路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解，詳細(xì)介紹每個(gè)零部件的型號(hào)及性能特點(diǎn)，同時(shí)闡述系統(tǒng)界面及操作流程。對(duì)于后續(xù)優(yōu)化改進(jìn)人員閘門密封檢測(cè)系統(tǒng)、逐步實(shí)現(xiàn)零部件國產(chǎn)化替代，有現(xiàn)實(shí)的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：密封檢測(cè)；氣動(dòng)回路；人員閘門；核島安全殼；氣密性

中圖分類號(hào)：TM623.8? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）12-0020-04

Abstract： As a part of the containment shell of the nuclear island of the nuclear power plant， the personnel gate should not only ensure its normal operation function， but also maintain the air tightness consistent with the containment， so it is particularly important to configure a set of sealing detection system for the personnel gate. This paper briefly discusses the main functions and system characteristics of the personnel gate sealing inspection system （in which the core control device is called the pneumatic circuit）， and disassembles the structure of the pneumatic circuit. The model and performance characteristics of each part are introduced in detail， and the system interface and operation flow are described. It has practical reference significance for the follow-up optimization and improvement of personnel gate sealing inspection system and the gradual realization of domestic replacement of parts.

Keywords： sealing inspection; pneumatic circuit; personnel gate; nuclear island containment; air tightness

人員閘門作為核島的核心承壓設(shè)備，起到保證核島在運(yùn)行期間的密封性和安全性，以及在檢修期間人員的流動(dòng)性的作用，是核電站安全運(yùn)行的重要設(shè)備。人員閘門在核島發(fā)電狀態(tài)下處于密閉狀態(tài)，其密封性是保證核島安全運(yùn)行重中之重。所以需要一套密封檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其所有密封點(diǎn)進(jìn)行周期性的檢測(cè)，同時(shí)實(shí)時(shí)進(jìn)行密封監(jiān)控[1]。其控制裝置稱為氣動(dòng)回路。

1? 主要功能論述

1.1? 局部密封測(cè)試功能

人員閘門的氣密性檢測(cè)是EPP系統(tǒng)（安全殼泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）B類局部密封性試驗(yàn)的重要組成部分。內(nèi)外門的雙道密封圈、電氣貫穿件、手輪、平衡閥、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)和窺視窗等貫穿門體的機(jī)構(gòu)都要按系統(tǒng)的要求定期進(jìn)行局部密封性試驗(yàn)。局部密封測(cè)試功能通過氣動(dòng)回路上各個(gè)閥門的聯(lián)動(dòng)開啟或關(guān)閉實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)不同部位，檢測(cè)壓力和檢測(cè)點(diǎn)也不同[1-2]。

1.2? 艙內(nèi)加減壓功能

在安全殼整體密封和強(qiáng)度試驗(yàn)期間（A類試驗(yàn)），人員閘門作為增壓/減壓艙[3]，在需要時(shí)為工作人員提供進(jìn)入安全殼的通道。試驗(yàn)期間，平衡閥無法實(shí)現(xiàn)門體開關(guān)前的壓力平衡功能[4]。因此需提供一套加壓/減壓裝置來平衡門體壓力，滿足門體開關(guān)的必要條件。

1.3? 在線密封檢測(cè)功能

在正常運(yùn)行周期內(nèi)，人員閘門長時(shí)間是處于關(guān)閉狀態(tài)的。人員閘門需要一套自動(dòng)密封檢測(cè)系統(tǒng)來實(shí)時(shí)檢測(cè)人員閘門的整體密閉性能。當(dāng)人員閘門處于內(nèi)外門閉鎖狀態(tài)，且長時(shí)間不會(huì)使用時(shí)，人員閘門可選擇進(jìn)入“在線密封檢測(cè)”模式。此模式下，電控系統(tǒng)將控制氣動(dòng)電磁閥自動(dòng)往人員閘門艙體內(nèi)沖壓至預(yù)制值后，自動(dòng)關(guān)閉電磁閥且監(jiān)測(cè)壓降。通過判定規(guī)定時(shí)間內(nèi)的壓降值，來判斷人員閘門泄漏率是否超標(biāo)。若人員閘門泄漏率超標(biāo)，則再進(jìn)入“局部密封檢測(cè)模式”判斷泄漏點(diǎn)[5]。

1.4? 應(yīng)急供氣功能

為了防止在人員閘門機(jī)械故障狀態(tài)下，人員因長時(shí)間封閉于艙內(nèi)而缺氧。系統(tǒng)需提供對(duì)艙內(nèi)進(jìn)行緊急供氣的功能。應(yīng)急供氣功能啟動(dòng)時(shí)，加壓閥和減壓閥同時(shí)開啟，以實(shí)現(xiàn)空氣置換，為受困在閘門艙體內(nèi)的人員提供空氣。

2? 系統(tǒng)組成及主要零件性能

2.1? 系統(tǒng)組成

氣動(dòng)回路整體安裝在門板外側(cè)，用螺栓固定在外門門板的安裝支架上。主要零件如圖1所示。

注：1為球閥；2為過濾減壓閥；3為安全閥；4為高流量精密調(diào)壓閥；5為電磁閥；6為壓力表；7為壓力表；8為消音器；9為軟座閥桿針閥；10為快速接頭（管莖+管體）；11為金屬軟管；12為調(diào)節(jié)閥桿針閥；13為球閥。

圖1? 氣動(dòng)回路模擬圖

2.2? 主要零件性能

1）圖1中零件1、13采用的是世偉洛克的SS-63系列球閥，其性能特點(diǎn)如下：指向型閥桿可以顯示出打開或關(guān)閉位置；桿彈簧用于補(bǔ)償壓力和溫度變化以及磨損；接地彈簧使閥桿接地提供持續(xù)的防靜電；活負(fù)載、兩件式V形閥桿設(shè)計(jì)可以使所需的操作扭矩較小，性能改善，補(bǔ)償閥桿磨損；高強(qiáng)度閥桿支撐能獲得平穩(wěn)的啟動(dòng)，消除閥桿和閥體之間的摩擦，耐磨損；底部裝載式閥桿可防止閥桿爆裂，加強(qiáng)系統(tǒng)安全性；獨(dú)特的錐形碟片彈簧加載閥座用于補(bǔ)償閥座磨損、壓力和溫度變化，降低壓力突變引起的閥座磨損，對(duì)任何流動(dòng)方向都有密封作用；法蘭密封可在法蘭和中心閥體之間提供無泄漏密封；支撐環(huán)用于支撐閥座并防止閥座隆起、過早磨損和變形。

2）圖1中零件2采用的是美國ASCO JOUCOMATIC公司（以下簡(jiǎn)稱“ASCO”）的342系列過濾減壓閥，其性能特點(diǎn)如下：根據(jù)新的ATEX指令2014/34/EU，其不銹鋼過濾器、調(diào)節(jié)閥和過濾器調(diào)節(jié)閥適用于腐蝕性環(huán)境，以及適用于由氣體、蒸汽、霧或粉塵引起的潛在爆炸性環(huán)境；經(jīng)海關(guān)聯(lián)盟CU-TR認(rèn)證，適用于潛在爆炸性環(huán)境；功能安全經(jīng)IEC 61508《功能安全性通用要求》， SIL認(rèn)證；符合歐洲基本健康和安全要求（EN13643-1《潛在爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備》）；所有內(nèi)部金屬部件采用316/316L不銹鋼制造；內(nèi)置超壓釋放功能，可選配非釋放功能；使用316L不銹鋼閥體；內(nèi)部彈簧采用INCONEL（特種金屬公司集團(tuán)的商標(biāo)）材料，適應(yīng)酸性氣體環(huán)境。

3）圖1中零件3采用的是東吳機(jī)械WFM系列的安全閥，其性能特點(diǎn)如下：采用螺紋連接，安裝方便；精度高；結(jié)構(gòu)小巧，方便拆裝。

4）圖1中零件4采用的是ASCO的R88系列高流量精密調(diào)壓閥，其性能特點(diǎn)如下：可以用于高流量和精確的壓力控制；即使供應(yīng)壓力變化很大，也能利用滾動(dòng)隔膜確保恒定的輸出壓力，保持穩(wěn)定。

5）圖1中零件5采用的是ASCO的RCC-E《核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)建造規(guī)則》，K3級(jí)X210系列電磁閥，其性能特點(diǎn)如下：防護(hù)等級(jí)IP65；結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，適用于高壓和惡劣環(huán)境；質(zhì)保按NF EN ISO 9001 v2008以及SGAQ DIN/DPN/DNC no. 2013-03 EDF執(zhí)行；電涌抗擾度測(cè)試按EN61000《電子電器產(chǎn)品EMC檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》4—5章節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)；阻尼振蕩波抗擾試驗(yàn)按照EN61000《電子電器產(chǎn)品EMC檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》4—18章節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)；在30 ℃壽命為32 a，使用溫度+3～+50 ℃；在+50 ℃下開關(guān)15 000次（自來水中不含大于0.1 mm顆粒）；抗震試驗(yàn)，在每個(gè)方向上2 h以1 g的加速度從1—500 Hz的頻率進(jìn)行試驗(yàn)；RCC-E地震分量級(jí)反應(yīng)譜（從1—100 Hz在5%時(shí)加速度高達(dá)30 g）ZPA（零周期加速度譜值）為6 g。

6）圖1中零件7采用的是世偉洛克PGI系列壓力表，其性能特點(diǎn)如下：使用卡口環(huán)，便于調(diào)節(jié)指針；透鏡由聚碳酸酯制成，可提供額外保護(hù)。

7）圖1中零件6采用的是上儀的YE系列壓力表，其性能特點(diǎn)如下：具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能；精度等級(jí)2.5級(jí)；使用溫度-25～55 ℃；配有調(diào)零裝置，方便調(diào)整零位。

8）圖1中零件8采用的是費(fèi)斯托的消音器，其性能特點(diǎn)如下：工作壓力0～1 000 kPa；工作介質(zhì)為壓縮空氣（符合ISO 8573—2010《壓縮空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》）；耐腐蝕等級(jí)CRC 1，符合Festo FN 940070標(biāo)準(zhǔn)。

9）圖1中零件9、12采用的是世偉洛克的1系列針閥，其性能特點(diǎn)如下：使用填料螺母方便外部調(diào)整；可提供全面支撐的墊片減少了對(duì)調(diào)節(jié)的需要；帶有碟片彈簧的兩件式V型墊片，從而改進(jìn)了密封、減少了磨損、補(bǔ)償磨損以及減少了作用扭距。

10）圖1中零件10采用的是世偉洛克QC系列快速接頭，其性能特點(diǎn)如下：帶有更大接觸面積的鎖定裝置；推入式連接使操作迅速方便；可提供范圍廣泛的選購件，其中包括帶鍵型快速接頭；結(jié)實(shí)的管體套管保護(hù)管體的開口端。

11）圖1中零件11采用的是世偉洛克金屬軟管，其性能特點(diǎn)如下：具有抗?jié)B透能力的PTFE管；內(nèi)孔光滑；尺寸范圍為0.635～2.54 cm， 工作壓力最高20 600 kPa；304不銹鋼單編織層保證了軟管承壓能力，而且還能保護(hù)內(nèi)管防止磨損。

3? 系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1? 密封性能強(qiáng)

制造時(shí)，按照工藝對(duì)密封檢測(cè)進(jìn)行分階段密封檢測(cè)，保證每個(gè)連接點(diǎn)完全密封，從而保證整個(gè)設(shè)備的密封性。

采用核電專用螺紋密封膠對(duì)連接點(diǎn)進(jìn)行密封。

設(shè)計(jì)時(shí)，采用較少的接頭，用直管煨型一體設(shè)計(jì)。

3.2? 模塊化設(shè)計(jì)

氣動(dòng)回路采用模塊化整體設(shè)計(jì)，解決現(xiàn)場(chǎng)空間小、操作不便等問題，方便人員安裝和檢修。

4? 設(shè)備的使用

4.1? 人員要求

使用時(shí)必須2人以上進(jìn)行，且必須是電氣控制和機(jī)械方面的專業(yè)人員，充分了解設(shè)備的圖紙、邏輯和操作流程，并熟練使用必需的儀器和工具。人員在使用時(shí)務(wù)必做好個(gè)人防護(hù)。

4.2? 首次使用要求

1）電控要求：連接電源時(shí)應(yīng)核對(duì)所提供的電源頻率及電壓是否與規(guī)定的相符；設(shè)備的保護(hù)接地線是否可靠；對(duì)照電氣原理圖及端子接線圖，檢查所有端接是否正確，強(qiáng)電回路對(duì)地是否有短路。

2）機(jī)械要求：打開氣源，調(diào)整高精密調(diào)壓閥（R880-04BG）到0.07 MPa；圖2中零件1（球閥）、2（球閥）、3（軟座閥桿針閥）、5（電磁閥）為關(guān)閉狀態(tài)，零件4（快速接頭）為未連接金屬軟管狀態(tài)，記錄零件6（壓力表）的值P1，計(jì)時(shí)10 min，10 min后觀察零件6壓力表的值P2；當(dāng)P1=P2時(shí)判斷管路滿足密封要求；若發(fā)現(xiàn)密封異常，可用泡沫法檢查漏點(diǎn)。

圖2? 氣動(dòng)回路工作模擬圖

4.3? 在線密封檢測(cè)使用流程

在線密封檢測(cè)的初始條件：電氣系統(tǒng)通電結(jié)束；外門處于密封狀態(tài)，即關(guān)門限位SQ1觸發(fā)、平衡閥開啟限位SQ2和開門限位SQ3未觸發(fā)；內(nèi)門處于密封狀態(tài)，即關(guān)門限位SQ4觸發(fā)、平衡閥開啟限位SQ5和開門限位SQ6未觸發(fā)；總控室批準(zhǔn)進(jìn)入信號(hào)為OFF；將控制箱A1上的“運(yùn)行-停堆”旋鈕旋轉(zhuǎn)至“運(yùn)行”狀態(tài)[5]。

在線密封檢測(cè)的操作使用流程詳見表1。

5? 觸摸屏界面介紹

5.1? 用戶登錄界面

此界面為觸摸屏的初始界面，操作人員可根據(jù)操作級(jí)別選擇適用的用戶，并輸入與之對(duì)應(yīng)的用戶密碼，以登錄用戶信息。

5.2? 密封檢測(cè)界面

在線密封檢測(cè)界面用于在人員閘門處于“人員閘門密封模式”下，對(duì)人員閘門進(jìn)行在線密封檢測(cè)試驗(yàn)各項(xiàng)操作。其中包含如下內(nèi)容：在線密封檢測(cè)次數(shù)、時(shí)間設(shè)定；在線密封檢測(cè)開關(guān)及確認(rèn)按鈕；在線密封檢測(cè)狀態(tài)及故障信息；壓力、壓差及完成次數(shù)等數(shù)據(jù)信息。通過點(diǎn)擊用戶登錄界面或其他界面的“密封檢測(cè)”按鈕，方可進(jìn)入該界面，如圖3所示。

5.3? 故障報(bào)警界面

故障報(bào)警界面用于顯示系統(tǒng)故障報(bào)警及錯(cuò)誤指令信息。通過點(diǎn)擊用戶登錄界面或其他界面的“故障報(bào)警”按鈕，方可進(jìn)入該界面。

表1? 在線密封檢測(cè)使用流程

圖3? 密封檢測(cè)界面

在此界面，可查看當(dāng)前所有故障報(bào)警及錯(cuò)誤指令信息。另外，在所有顯示界面的最上方均設(shè)有故障報(bào)警流動(dòng)顯示窗口，實(shí)時(shí)報(bào)警錯(cuò)誤信息將在該條形窗口上進(jìn)行流動(dòng)顯示[3]。

5.4? 系統(tǒng)故障說明

人員閘門密封檢測(cè)系統(tǒng)常見的系統(tǒng)故障詳見表2。

表2? 系統(tǒng)故障說明

6? 結(jié)束語

綜上所述，本文推薦并描述了一套已實(shí)際驗(yàn)證并應(yīng)用的人員閘門密封檢測(cè)系統(tǒng)。氣動(dòng)回路作為人員閘門密封檢測(cè)系統(tǒng)的控制臺(tái)，由一系列不同品牌、不同型號(hào)的高質(zhì)量、高性能的零部件組成，是一套精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)；再通過電氣控制，形成了一套帶有觸摸屏控制界面的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了密封檢測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

隨著國內(nèi)外對(duì)于核電站安全的要求逐漸提升，核島安全殼密封性能的關(guān)注度也會(huì)越來越高。通過詳細(xì)解析人員閘門密封檢測(cè)系統(tǒng)的零部件和電控，對(duì)于后期的優(yōu)化升級(jí)改進(jìn)、國產(chǎn)化替代以及新增功能，提供一套完備且實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)架構(gòu)。

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