核島重要設備和管道液壓阻尼器的結構及維護

楊 冬

（江蘇核電有限公司， 江蘇 連云港 222042）

核島重要設備和管道液壓阻尼器的結構及維護

楊 冬

（江蘇核電有限公司， 江蘇 連云港 222042）

為了使核島重要設備和管線在地震或事故工況下保證其安全性，在田灣核電站1、2號機組核島重要設備和管道上，如蒸汽發生器、穩壓器、穩壓器波動管線等，安裝有抗震液壓阻尼器。文章介紹了田灣核電站核島重要設備和管道使用的液壓阻尼器的結構、功能、常見的缺陷，以及處理和對液壓阻尼器進行的預防性維護及臺架試驗等。

液壓阻尼器；缺陷；維護

核電廠的壽期一般為40～60年，在這樣長的一個時間跨度內必須要考慮地震或者事故工況對核電廠設備、管道等造成的影響。為了保證核安全重要設備和管線在地震或事故工況下正常工作，降低核安全相關的事故后果、減小損失，在核安全重要設備和管線上安裝阻尼器，已經是各個核電廠的普遍做法。

從20世紀60年代開始至今，阻尼器的發展歷經了由液壓式阻尼器到機械式阻尼器，再到液壓式阻尼器的發展過程。最初的液壓式阻尼器在使用時經常出現工作液泄漏的缺陷。機械式阻尼器采取純機械傳動，不存在密封材料，因此可以做到沒有工作液泄漏。但機械式液壓阻尼器有很多不足之處，如載荷范圍小、結構尺寸大；容易卡死，工作可靠性相對較差；工作過程中噪聲大；低速摩擦阻尼力較大。隨著科技的發展，液壓阻

尼器使用的密封材料和工作液相容性、密封材料的抗老化性能等不斷提升。由于其載荷范圍大、結構尺寸小；不會卡死，工作可靠性高；低速摩擦阻尼力較小等優點，液壓式阻尼器又重新獲得了發展。

1 田灣核電站重要設備和管道液壓阻尼器的結構及功能

田灣核電站1、2號機組核島重要設備和管線使用的是俄羅斯設計、制造的液壓式阻尼器，安裝在蒸汽發生器、穩壓器、穩壓器波動管線等處。按照所承受載荷的不同，分為4個型號。根據型號的不同，液壓阻尼器使用的工作液也不相同。

田灣核電站液壓阻尼器典型的結構如圖1所示。

圖1中所示的位置指示器（位號14）上有傳感器與控制柜相連，能夠將液壓阻尼器的活塞的位移信息傳遞至控制室。

圖1 田灣核電站液壓阻尼器典型結構示意圖Fig.1 A typical structure of hydraulic snubber of Tianwan Nuclear Power Station

位號10部分為工作液儲存罐。當活塞壓縮，

工作液會被壓回儲存罐；當活塞拉伸，工作液會流回液壓缸。儲存罐的底部裝有一個液位感應探頭，當液位低于此探頭時，會發出報警，必須向儲存罐內添加工作液。儲存罐的頂部有一個帶標尺的頂蓋，標尺上有兩道刻度線，每次添加工作液應到兩個刻度線之間。另外，安裝的時候應注意工作液儲存罐的安裝高度必須高出阻尼器530 mm，最高不超過2 500 mm。

圖1中活塞的整個行程為0～100 mm，在壽期內活塞允許的往復整個行程的次數不超過250次。在液壓阻尼器的整個壽期內允許承受的最大載荷的次數不超過100次。在有一回路冷卻劑泄漏的情況下，液壓阻尼器可以在周圍環境0.5 MPa，溫度最高150 ℃的情況下正常工作。在安全殼噴淋系統噴淋時，能夠耐受16～20 g/L硼酸溶液、100～150 mg/L的N2H4溶液，溫度最高達150 ℃的溶液，直接噴淋在液壓阻尼器本體上。

如圖1所示閥組包括2個閥座（位號6），2個閥芯（位號22），2個彈簧（位號21）和1個聯通管（位號20）。彈簧的作用是使閥芯在工作液靜止或流動速度低于液壓阻尼器閉鎖速度時保持閥芯開啟，不會截斷工作液從活塞的一側流往另一側的通道。當液壓阻尼器因事故工況或地震而突然拉伸或壓縮，導致活塞突然移動時，一側的工作液來不及全部流往另一側，導致彈簧兩側的壓力差達到某個設計值。在這時彈簧會被壓下，關閉工作液的流通通道，液壓阻尼器就會形成一個剛性支撐。在閥芯的中心設計有一個凹坑，2個側面小孔并在錐面上劃有一條線。根據阻尼器型號的不同，這些凹坑、小孔和線有所不同。

由于機組在啟、停堆時溫度的上升與下降會導致設備或管道的熱脹冷縮，通常這種熱脹冷縮的速率都比較小。在這種情況下，液壓阻尼器活塞會以低于閥組閉鎖的速率，一般是小于1 mm/s緩慢移動，工作液通過連接閥組從活塞的一側流往另一側，從而使設備正常的膨脹或收縮。當特殊工況下，如地震、水錘、汽錘時，設備或管道的突然位移導致活塞移動速率很快，大于閥組的閉鎖速率，閥組閉鎖。工作液無法流動，此時的液壓阻尼器就變成了一個剛性的支撐，保證了設備、管道在地震時的安全。液壓阻尼器閥組閉鎖后，活塞不是立即完全靜止不動，而是有一個閉鎖后位移，用于補償管道受到沖擊后產生的位移量，達到緩沖的目的。

圖2為安裝在現場的液壓阻尼器。

圖2 安裝在現場的液壓阻尼器Fig.2 Two hydraulic snubbers installed on site

2 常見缺陷與維護

田灣核電站核島使用的這種液壓阻尼器，使用的是橡膠O型圈進行密封，在缸體內充注的是工作液。在液壓阻尼器閉鎖時，缸體內工作液的壓力可達20～40 MPa(根據型號不同而不同)。在O型圈失效的情況下會造成液壓阻尼器泄漏，若不及時處理則會導致阻尼器失去設計功能。

另外，橡膠隨著時間增長也會老化，因此橡膠O型圈有一定的壽命，一般來說是10～12年。根據液壓阻尼器的運行維修手冊，田灣核電站的液壓阻尼器每12年要更換一次各部位的橡膠O型圈、聚四氟乙烯墊圈和工作液等。

2.1 日常維護

日常維護的主要內容有：

1）外觀檢查阻尼器表面有無變形、損壞，各部件有無變形損壞，活塞桿處有無泄漏痕跡；

2）各部分連接牢固，油箱、油管、位置指示器等連接部分無松動；

3）檢查工作液儲存罐內的工作液液位，液位應位于液位尺兩刻度線中間；

4）檢查工作液儲存罐內的濾網有無損壞、變形。

注意事項：

1) 露出殼體的活塞桿表面必須清潔，不允許有劃傷、壓痕等表面缺陷；

2) 用干凈的軟白布蘸酒精清潔活塞桿表面，不能使用硬的布或擦拭紙，防止損傷活塞桿表面。

實際工作中，日常維護時經常遇到的缺陷是工作液液位低于要求范圍，原因可能是連接工作液儲存罐與液壓阻尼器的油管兩端法蘭的墊片失效，或法蘭未擰緊等。在補充工作液時要注意，不能加錯型號。

2.2 解體檢修及臺架試驗

2.2.1 解體檢修

若是發現活塞桿處有滲漏或者距上一次更換橡膠O型圈已有12年，則需要對液壓阻尼器進行解體檢修，液壓阻尼器工作液泄漏的情況如圖3所示。

這時需要先將液壓阻尼器從設備或管道上取下，送至專用檢修場地進行解體。

圖3 活塞處漏工作液Fig.3 Leakage of working fluid from the piston

需要注意的是：

1）在運輸前應制作專門的絲堵，安裝在液壓阻尼器本體油管的接口處，防止工作液從液壓缸內流出，嚴禁液壓缸內無工作液運輸；

2）運輸過程中應采取措施，如包裹厚的軟布，保護活塞桿，防止劃傷活塞桿表面；

3）運輸過程中應制作專門的運輸箱，固定阻尼器，防止碰撞、損傷。

在檢修車間內，應選擇一個通風、照明良好，潔凈無塵的檢修區域。按照解體檢修程序對阻尼器進行解體。解體過程中需要注意以下幾點：

1) 液壓阻尼器中凡與工作液接觸的部件均需用酒精清洗，各部件表面應無腐蝕、破損和污垢等；

2) 在安裝密封圈時不允許扭曲、彎折密封圈，安裝前用工作液潤滑一下新的密封圈；

3) 各部分密封圈更換完畢后，不允許缸體內無工作液存放，應立即向缸體內充注工作液；

4) 向缸體內充注工作液時，注意缸體上的排氣孔7應向上，充注完畢后，旋緊排氣孔的螺絲。

液壓阻尼器解體時的情況如圖4和圖5所示。

2.2.2 臺架試驗

將液壓阻尼器的橡膠O型圈、各種墊圈、內部工作液更換后，需要對液壓阻尼器進行臺架靜態試驗。試驗的項目包括5個方面：

1）行程（Stroke）：是指以某個低于閉鎖速率的速率將活塞全部拉伸至全部壓縮的距離，反復進行幾次。

圖4 液壓阻尼器解體后液壓缸、蓋3、蓋4、活塞2Fig.4 The hydraulic cylinder, cover 3, cover 4 and piston 2 after the hydraulic snubber disassembled

圖5 液壓缸聯通閥閥芯22及彈簧21和密封圈16Fig. 5 The valve insert 22 and spring 21 and seal ring 16 of the hydraulic cylinder

2）低速行走阻力（Drag force）：是指以某個低于閉鎖速率的速率拉伸或壓縮液壓阻尼器，檢測阻尼器在活塞整個行程中阻尼力的大小。這是在模擬液壓阻尼器在因管道或設備熱脹冷縮活塞產生位移時的工作情況。

3）額定載荷（Rated load）：由于地震或事故工況下產生的阻尼力，即液壓阻尼器的額定載荷。

4）釋放率（Release rate）：是指從加載額定載荷即閥組閉鎖那一刻開始到活塞停止運動，活塞所走的位移，即額定載荷情況下阻尼器長度的變化量，這個值與溫度有關，試驗時取溫度在15～60 ℃。

5）閉鎖速率（Locking velocity）：是指在試驗臺上控制液壓阻尼器活塞加速移動，直至閥組閉鎖，阻尼力急劇上升，在阻尼力不超過各型號對應的額定載荷時，活塞運動的最大速率即是閥組的閉鎖速率。它是模擬液壓阻尼器在地震或事故工況下活塞突然位移時的工作情況。

要對液壓阻尼器進行上述4項試驗，需要有相應的試驗臺架。要求試驗臺架能產生490～4 500 kN的拉伸和壓縮力，能夠以1～3 mm/s到15 mm/s的速率進行拉伸或壓縮；能夠測量并記錄液壓阻尼器在試驗過程中活塞長度的變化、活塞的速率、臺架產生的拉伸力、壓縮力等參數。試驗過程中仔細觀察活塞處及阻尼器各部位有無漏油，若有應立即停止試驗，查找原因，消除缺陷后再進行試驗。

試驗合格后應對阻尼器進行包裝，從檢修場地運回現場，運輸過程中的要求同2.2.1解體檢修中從現場到檢修場地的要求。

3 結論

液壓阻尼器由于其在震動控制方面的優越表現，越來越多的應用于核電廠的各個系統與設備上。由于核島內的液壓阻尼器一般都是用在重要設備和管道上，抗震級別一般為1級，安全級別也很高，因此對其進行必要的維護，保證其正常功能就顯得非常重要。

[1] 一回路設備和管道液壓阻尼器維修程序[R].（PMSX-WBQ00-007）.（Maintenance Procedure of Aseismic Hydraulic Shock Snubber of Primary Circuit Equipment and Pipes[R].）

[2] 中核集團田灣核電站穩壓器液壓阻尼器T102大修完工報告[M].(Maintenance Report of Pressurizer Hydraulic Snubber of T102 Outage[R].)

Structure of Hydraulic Snubbers of Important Equipment and Pipe in Tianwan NPP and Their Maintenance

YANG Dong
(Jiangsu Nuclear Power Corporation，Liyungang of Jiangsu Prov. 222042，China)

In order to maintain the safety of nuclear safety important equipment and pipes during earthquake condition, hydraulic snubbers are installed on these equipment and pipes, such as steam generator and pressurizer, etc. in Unit 1 and Unit 2 of Tianwan Nuclear Power Station. This paper introduces the structure, function, common defects and treatment, and the preventive maintenance of hydraulic snubbers.

hydraulic snubber；defects；maintenance

TM623 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)01-0054-05

TM623

A

1674-1617(2014)01-0054-05

2013-12-26

楊 冬（1980—），男，河南商丘人，工程師，碩士，目前從事俄供機械設備、管道的監造管理。