核電廠消防水雨淋閥缺陷原因分析及對策

奚群周濤

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 背景

消防水系統(tǒng)是核電廠的重要安全相關(guān)系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)的完整性和可靠性對電站安全起著重要的作用。

秦山三核的消防水系統(tǒng)水來源于現(xiàn)場應(yīng)急水池，水池為露天布置，水池內(nèi)水源為原水，水質(zhì)較差。為抑制水中微生物的生長，在水池中添加了次氯酸鈉等氧化劑化學(xué)藥品，因此在水進(jìn)入消防管道和設(shè)備時，往往對碳鋼材質(zhì)具有一定的腐蝕性，生成的腐蝕產(chǎn)物又容易造成系統(tǒng)管道中彎頭、節(jié)流孔板、逆止閥等部件的堵塞，導(dǎo)致消防水系統(tǒng)尤其是自動噴淋雨淋滅火系統(tǒng)的缺陷數(shù)量居高不下，對電站的運行安全存在潛在的風(fēng)險。

秦山三核的消防水系統(tǒng)由兩臺主消防水泵（非抗震）、一臺消防穩(wěn)壓泵和兩臺抗震消防泵提供壓力，正常運行時由穩(wěn)壓泵維持系統(tǒng)壓力，設(shè)計壓力為1137KPa。發(fā)生火災(zāi)時當(dāng)系統(tǒng)壓力降低時兩臺主消防泵將相繼自動啟動，而抗震消防泵則在發(fā)生地震的情況下啟動供給反應(yīng)堆廠房消防水。

廠房采用四種消防水滅火方式：濕式噴淋、雨淋/水噴霧噴淋、預(yù)作用噴淋等三種自動噴淋和消防栓手動滅火。而雨淋閥自動噴淋則是最主要也是最快速、有效的滅火方式，本文將著重介紹雨淋閥自動噴淋系統(tǒng)的運作與缺陷分析及對策。

1 秦山三核雨淋閥分類

1.1 雨淋水噴霧噴淋閥

該類型閥門由隔離閘閥和帶有差壓室的逆止閥組成，逆止閥閥后管線直接對空，消防噴頭采用離心式霧化噴頭。在現(xiàn)場如有火災(zāi)，兩個以上探頭測得溫度升高后控制閥門差壓室電磁閥動作，差壓室中的水流出，逆止閥閥瓣直接被閥前水壓沖開，進(jìn)入到閥后管網(wǎng)中，通過離心式霧化噴頭對著火區(qū)域進(jìn)行滅火。主要適用于主變、廠變和啟備變等高危區(qū)域。

閥門類型：STAR（美國消防水閥門生產(chǎn)廠家）G型 6”

圖1 雨淋水噴霧噴淋閥

1.2 濕式噴淋閥

用于火災(zāi)蔓延迅速伴隨高熱量釋放，且水漬損失較少的區(qū)域，如熱交換器區(qū)。該雨淋閥由隔離閘閥、逆止閥兩個閥門組成閥組，閥前閥后管道中均充滿消防水，正常情況下閥后管道水壓力略高于閥前，將逆止閥閥瓣壓住，閥前水不會流向閥后。在火災(zāi)情況下，閥后管道中水隨著消防噴頭的炸裂而噴淋出去，導(dǎo)致壓力下降，閥前水壓力沖開閥瓣，進(jìn)入閥后管網(wǎng)進(jìn)行滅火。

濕式噴淋閥在三期共有三種類型，分別如下：

1.2.1 STAR MODEL F型 位置：T/B（汽輪機(jī)廠房）87.5米層

1.2.2 STAR S300型 廠房位置：T/B87.5米層及以上

1.2.3 VIKING MODEL J-1型 廠房位置：T/B87.5m 垂直布置

圖2 STAR S300型濕式雨淋閥

1.3 預(yù)作用噴淋閥

該類型閥門由手動閘閥、帶差壓室逆止閥和逆止閥三個閥門串連組成的閥組。閥后管網(wǎng)充滿了低壓力的空氣（240kPa）。一旦發(fā)生火災(zāi)，現(xiàn)場探頭探測到溫度升高后給予第二個閥門差壓室電磁閥一個信號，將差壓室中水排掉，中間逆止閥打開使閥后管網(wǎng)充滿消防水成為濕式系統(tǒng)。一旦消防噴頭炸裂后，水能迅速噴出滅火。主要用于避免管道和噴頭損壞誤噴和漏水的場所，如電纜區(qū)。

閥門類型：STAR G型 4”和6”

圖3 預(yù)作用雨淋閥

2 雨淋閥結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 濕式噴淋閥結(jié)構(gòu)

圖4 STAR S300型逆止閥

圖5 濕式雨淋閥系統(tǒng)

2.2 濕式雨淋閥工作原理

（1）報警試驗功能：首先關(guān)閉報警截止閥（E），打開報警試驗閥（G）后，消防水從止回閥閥前進(jìn)入報警試驗管線，進(jìn)入到延遲水箱（27），沖開延遲水箱中的杠桿式閥瓣，在延遲水箱中水滿后，觸發(fā)上方壓力流量開關(guān)報警。關(guān)閉報警試驗閥，打開報警截止閥（E）后，消防水從延遲水箱另一側(cè)疏水管線通過主疏水閥（C）流出，壓力流量報警開關(guān)消報。

（2）水流報警功能：在發(fā)生火災(zāi)，消防噴頭炸裂后，閥后管網(wǎng)水壓降低，閥前水壓沖開閥瓣后，通過閥座上的小眼，經(jīng)過報警截止閥（E）進(jìn)入延遲水箱，最終觸發(fā)水流報警開關(guān)（28）報警。

（3）報警試驗管線疏水功能：在報警試驗管線中積水可以通過從延遲水箱連接到主疏水閥的疏水管線將余水疏盡。

（4）壓力平衡管線：閥前閥后有一壓力平衡管線，一旦閥前管線有壓力波動，可以通過報警試驗管線通過止回閥（F）回流將閥前壓力引導(dǎo)到閥后，使前后壓力保持一致。

2.3 預(yù)作用噴淋閥

圖6 STAR 6”G型 差壓室逆止閥

工作原理：該閥門工作時差壓室內(nèi)有水與閥前水壓相同，一旦差壓室內(nèi)水排出后，差壓室頂桿（21）被閥前水壓沖開閥瓣（7）頂出，閥前水將進(jìn)入到閥后管網(wǎng)中。

圖7 STAR 6”G型 差壓室逆止閥照片

圖8 預(yù)作用雨淋閥系統(tǒng)枝剪圖

預(yù)作用雨淋閥閥附件：A：主疏水閥；B：止回閥；C：報警截止閥；D：滴水止回閥；E：報警試驗閥；F：差壓室注水閥；G：壓力表截止閥；H：Y 型過濾器；J：壓力表；K：在線止回閥；L：疏水杯；M：雨淋閥；N：緊急釋放閥；Q：流量報警開關(guān)；P：閥后管線低壓力報警開關(guān)；34：電磁閥

2.4 預(yù)作用雨淋閥系統(tǒng)工作原理：

（1）報警試驗功能：在正常運行情況下，打開報警試驗管線，水從差壓室逆止閥閥前通過報警試驗閥（E）進(jìn)入到報警試驗管線中，觸發(fā)流量報警開關(guān)(Q)報警，確認(rèn)報警可用。

（2）閥后管線疏水：按住滴水止回閥（D），直到無水流出，則判斷雨淋閥（M）閥后腔室內(nèi)水已排干；打開主疏水閥，則直接將閥腔內(nèi)的水與閥后管網(wǎng)中的余水排干。

（3）水流報警功能：在雨淋閥（M）閥瓣被沖開后，閥前水進(jìn)入閥腔，通過止回閥（B）觸發(fā)流量報警開關(guān)（Q）報警。

（4）差壓室注水功能：從供水閘閥閥前通過注水閥（F）引入一道管線進(jìn)入到雨淋閥差壓室給差壓室注水，確保差壓室壓力與閥前管道內(nèi)壓力一致。

（5）差壓室排水功能：通過電磁閥（34）控制和手動緊急釋放閥（N）兩路來控制差壓室卸壓，在電磁閥故障時可以通過手動打開緊急釋放閥將差壓室內(nèi)壓力卸掉，使雨淋閥閥瓣打開。

（6）閥后管線充壓和低壓力報警功能：在雨淋閥（M）閥后逆止閥閥后管線連接儀用壓空管線給閥后管線充壓，壓力一般在35～60PSI左右，該管線串聯(lián)有低壓力報警開關(guān)（P），前段有壓力穩(wěn)定裝置，一旦壓力低于30PSI后將觸發(fā)低壓力報警。

3 雨淋閥常見缺陷表現(xiàn)、原因分析和處理方法

經(jīng)過對秦山三核2008年至2010年三年中發(fā)生消防水雨淋閥及閥附件相關(guān)的缺陷進(jìn)行統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)某些同類缺陷反復(fù)出現(xiàn)頻率較高，如果這些缺陷進(jìn)行深入剖析，有利于改進(jìn)并逐漸消除這些缺陷。

3.1 閥門本身

（1）滴水止回閥持續(xù)滴水：只有預(yù)作用雨淋閥和雨淋水噴霧噴淋閥有滴水止回閥，根據(jù)其工作原理判斷，滴水止回閥是為了滿足雨淋閥閥后閥腔內(nèi)的疏水用途，正常情況下閥腔內(nèi)應(yīng)無水，如有水泄漏則應(yīng)為雨淋閥閥瓣密封不嚴(yán)產(chǎn)生泄漏，即閥瓣未復(fù)位或閥瓣密封墊片老化損壞。

處理方法：打開雨淋閥閥蓋，檢查閥瓣是否復(fù)位，墊片是否老化破損，如有則更換新墊片，并將閥瓣復(fù)位，調(diào)整差壓室頂桿確保閥瓣壓緊度。

（2）報警試驗疏水管線持續(xù)滴水：主要為濕式雨淋閥，可能的情況即報警試驗管線中進(jìn)水或水流報警管線中進(jìn)水，因此原因也為兩種：①雨淋閥閥瓣被沖開或內(nèi)漏，有水進(jìn)入水流報警管線；②報警試驗閥內(nèi)漏，導(dǎo)致水進(jìn)入報警試驗管線。

處理方法：如為第1種原因，則直接做安措更換雨淋閥閥瓣墊片，并將閥瓣復(fù)位；如為第2種原因則解體檢修報警試驗閥，更換閥芯墊片或直接更換報警試驗閥。

（3）水流報警試驗無報警：在打開報警試驗閥后水壓無法觸發(fā)水流報警開關(guān)，在排除水流報警開關(guān)本身故障后，主要原因為報警試驗上水管線發(fā)生堵塞，水無法觸發(fā)報警開關(guān)。

處理方法：對報警試驗管線流量開關(guān)之前管段進(jìn)行排查，主要檢查在線止回閥、Y型過濾器有無堵塞，一般管線發(fā)生堵塞的幾率較小。

（4）水流報警無法消報：在報警開關(guān)觸發(fā)后報警一直持續(xù)，無法通過主控室盤臺消報，主要原因是報警試驗疏水管線堵塞，消防水一直頂住水流報警開關(guān)使其無法復(fù)位。

處理方法：檢查水流報警開關(guān)的疏水管線有無堵塞，主要檢查該管段的在線止回閥、Y型過濾器和節(jié)流孔有無堵塞。

3.2 閥附件

（1）滴水止回閥損壞：滴水止回閥一般豎直布置，閥腔內(nèi)有一鋼球在重力和水壓力作用下壓住閥座密封，在按住閥體下方的推桿將鋼球頂起后，閥腔內(nèi)的水即可流出。經(jīng)常發(fā)生的問題是，滴水止回閥的推桿上壓緊彈簧和推桿帽在銹蝕后脫落，但不影響閥門功能。

處理方法：不處理或更換新的滴水止回閥。

（2）主疏水閥打不開或內(nèi)漏：主疏水閥為角式截止閥，軟密封，為避免主疏水閥內(nèi)漏，操作人員經(jīng)常將閥門關(guān)閉過緊，在墊片壓緊過大對閥桿螺紋造成推應(yīng)力后，導(dǎo)致閥門手動無法打開的現(xiàn)象，需要借助工具才能將其打開；在關(guān)閉過緊后，墊片產(chǎn)生壓痕，再次關(guān)閉后無法密封，發(fā)生內(nèi)漏缺陷。

處理方法：使用管鉗或F扳手卡住手輪打開主疏水閥；如內(nèi)漏則需更換閥芯墊片或整體更換閥門。

（3）報警試驗閥關(guān)不緊或內(nèi)漏：報警試驗閥也是角式截止閥，閥芯為軟密封，操作人員在關(guān)閉時為防止閥門關(guān)不嚴(yán)內(nèi)漏，也經(jīng)常關(guān)閉過緊，造成閥桿滑絲，密封墊片損壞的情況。

處理方法：更換閥芯墊片或整體更換閥門。

（4）在線止回閥內(nèi)漏：在線止回閥內(nèi)漏有兩個原因：閥瓣未復(fù)位或閥瓣脫落，導(dǎo)致管線中消防水回流。

處理方法：拆下在線止回閥，對閥瓣進(jìn)行復(fù)位；如發(fā)生閥瓣脫落，則直接更換閥門。

（5）管線銹蝕發(fā)生漏水：由于消防水管線本身材質(zhì)，且消防水中加藥對管線產(chǎn)生一定的腐蝕性。

處理方法：拆除銹蝕管線，更換新管線，或?qū)β菁y處纏繞新生料帶后回裝。

表1 消防水雨淋閥缺陷統(tǒng)計

圖9 缺陷占比分布

4 技術(shù)改進(jìn)

根據(jù)對以上存在的主要缺陷進(jìn)行原因分析，可以對該系統(tǒng)進(jìn)行一些必要的技術(shù)改進(jìn)，以減少缺陷的發(fā)生頻率。

4.1 選用更加合適的雨淋閥閥瓣墊片

現(xiàn)有的雨淋閥閥瓣墊片部分為進(jìn)口墊片，墊片材質(zhì)為三元乙丙（EPDM）橡膠，較軟，密封效果好，但使用年限較長，自調(diào)試期間一直使用至今，已有近9年時間，老化嚴(yán)重；部分墊片在發(fā)生內(nèi)漏后更換為國產(chǎn)墊片，是根據(jù)進(jìn)口墊片尺寸測繪后尋找國內(nèi)廠家加工制作，無論是墊片尺寸還是橡膠材質(zhì)，均無法達(dá)到原有質(zhì)量，密封效果較差，部分墊片一更換上去就漏。因此，由于國外廠家已不生產(chǎn)，且為滿足國產(chǎn)化要求，需要重新尋找合適的有資質(zhì)的國內(nèi)廠家，選用合適的橡膠材質(zhì)，根據(jù)原有進(jìn)口墊片尺寸測量后重新制作一批新墊片，以滿足閥瓣密封的需要。

4.2 消防水水質(zhì)較差，管線中銹渣較多容易造成堵塞

消防水來源于應(yīng)急水池，其中加有強(qiáng)氧化劑，容易引起碳鋼材質(zhì)腐蝕。消防管線材質(zhì)大多為碳鋼，很多雨淋閥閥后管線為鍍鋅有縫碳鋼管，鍍鋅層剝落后容易銹蝕，因此長期以來消防水中存在大量的銹蝕產(chǎn)物和鋅化物，對雨淋閥閥附件等較細(xì)（1/2英寸）的管線、Y型過濾器、閥門等容易造成堵塞。由于更換管線材質(zhì)成本巨大且需修改設(shè)計文件，因此只能從消防水源頭進(jìn)行改進(jìn)，即采用沉淀、過濾后的消防水，并定期對雨淋閥及閥附件進(jìn)行預(yù)防性維修，對管線疏通。

4.3 運行人員改進(jìn)閥門的操作習(xí)慣

閥門在關(guān)閉時不要關(guān)閉過緊，如無內(nèi)漏則應(yīng)在關(guān)到位后再回小半圈，避免對閥桿產(chǎn)生緊應(yīng)力，導(dǎo)致打不開或墊片產(chǎn)生壓痕的現(xiàn)象。

4.4 重新選型滴水止回閥

目前的滴水止回閥推桿帽為塑料，與推桿連接為膠粘，推桿彈簧通過推桿帽固定。滴水止回閥長期有水滴落，易對推桿造成銹蝕，導(dǎo)致推桿帽脫落，彈簧丟失。可選擇在推桿上設(shè)計有一體成型帽沿的滴水止回閥，將不會再出現(xiàn)此缺陷。

圖10 現(xiàn)有滴水止回閥

5 結(jié)束語

在對消防水系統(tǒng)和其中關(guān)鍵設(shè)備雨淋閥的工作原理及產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行原因分析后，通過采取一些針對性的改進(jìn)措施，并在今后工作中加強(qiáng)對雨淋閥設(shè)備的巡檢和預(yù)防性維修，對消防水系統(tǒng)缺陷的減少應(yīng)能起到一定的作用。

［1］STAR 4” Hidromatic Deluge Valve Model G-Flange×Flange and Flange×Groove[Z].內(nèi)部資料.

［2］STAR Hydrus Alarm Check Valves S300(Flange ×Flange)[Z].內(nèi)部資料.