AP1000安全殼隔離閥無法開啟問題原因分析

余工喬

摘 要：安全殼是核電站防止放射性物質泄漏的最后一道屏障，技術規格書要求核電站所有的安全殼隔離閥必須是可運行的。三門核電一期工程安全殼凈化系統使用的安全殼隔離閥為十六英寸的氣動蝶閥，在閥門動作期間偶發性出現無法開啟的問題。本文針對閥門不能開啟的問題進行原因分析，并提出相應的處理措施，以期提升閥門可靠性保障閥門啟閉功能可用。

關鍵詞：安全殼隔離閥；先導式電磁閥；原因分析；處理措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.133

1 簡介

安全殼是核電站的防止放射性物質泄漏的最后一道屏障，而安全殼隔離閥是貫穿安全殼管道的重要隔離邊界，因此技術規格書要求電站所有的安全殼隔離閥必須是可運行。

本文中所針對的安全殼隔離閥為安全殼空氣過濾系統中送風管道及排風管道的安全殼隔離閥，電站功率運行期間需不定期啟動安全殼空氣過濾系統對安全殼空氣進行過濾降低放射性至可接受水平最后排放至大氣。該系統的安全殼隔離閥無法開啟將影響殼內空氣凈化進程，導致殼內放射性累積，不利于人員進入殼內開展工作，尤其是電站大修期間。

2 設備故障描述

三門現場空氣過濾系統安全殼隔離閥門為氣動蝶閥，閥門有失效關閉功能，失氣情況下閥門自動關閉。該類型閥門共有四臺VFS-PL-V003/004/009/010，四臺氣動閥期開啟間均偶發性出現無法開啟的現象，閥門解體對電磁閥進行清灰處理后重新投運閥門可正常動作，但運行一段時間以后閥門又無法開啟。

3 故障原因分析

相比較其他氣動閥門，該四臺閥門最大的不同之處在于其電磁閥為一英寸大口徑先導式電磁閥。先導式電磁閥是電磁閥中常見的種類之一，通常用于口徑較大，壓力較高的管道中，有著功耗小、發熱少、線圈不易燒毀、可長時間通電的優點。但結構稍顯復雜，可實現更高精確的控制。先導式電磁閥的開啟需要先導力，當電磁閥線圈通電后，動鐵芯被磁力吸合向上提升，上腔側通過先導孔向出口腔泄壓，使上腔處于低壓或無壓狀態，此時活塞通過介質的壓力推動，整個電磁閥被開啟為氣動閥提供壓空動力。因此，在先導式電磁閥的開啟需要依靠閥門上下腔的壓力差。

就閥門不能有效開啟問題進行診斷，以VFS-PL-V004為例，現場閥門進氣壓力上升緩慢，閥門動作緩慢，閥門全行程時間約為15s，不滿足在役試驗大綱中4-10s的時間要求。

閥門進氣壓力上升緩慢是由于電磁閥動作不到位，導致壓空進入電動頭氣腔受阻。電磁閥動作不到位潛在原因分析如下：

電磁閥沾污導致閥門卡澀動作不到位：之前的氣動閥無法動作后均采取清灰的方式而后回裝可能是由于電磁閥上的灰塵導致動作不暢。但AP1000的壓空系統設有濾網，正常情況下不會有過多灰塵，經解體電磁閥檢查發現沾染的灰塵數量并不多，不足以影響閥門動作。

上游壓空氣體流量不足：供氣量不足可能導致閥門在動作過程中供氣壓力降低，導致閥門在開啟過程中出現開啟緩慢的情況，嚴重的甚至會導致閥門開啟過程震顫、或處于半開狀態來回擺動。根據西屋公司提供的函件，閥門開啟過程中壓降超過10%就會導致閥門供氣系統出現故障。根據西屋提供的閥門手冊，安全殼隔離閥的過濾減壓閥設定值為80psi，當閥門開啟過程中，供氣壓力降低至26.4psi，壓降值高達67%。另，在西屋設計中閥門VFS-PL-V003/010共用一個DAS過濾減壓閥，而閥門VFS-PL-V004/009共用另一個DAS過濾減壓閥。經過多次閥門開啟及關閉試驗發現，閥門無法開啟的現象多出現在同一壓空管線上兩道閥門同時開啟的期間。

綜上，初步分析閥門無法開啟的原因為閥門壓空供氣量不足。

4 糾正行動及措施

鑒于閥門不能開啟的根本原因為供氣量不足，考慮如下糾正措施：

（1）更換先導式電磁閥供氣方式：現場使用的先導式電磁閥有兩種進氣方式“內先導”和“外先導”，電磁閥內先導孔口徑為3/8英寸，而外先導孔口徑為1英寸，當前現場使用的供氣方式為內先導。將電磁閥供氣方式改為外先導后，可有效減少流阻增加壓空流量。經現場驗證，供氣方式更改閥門開啟供氣壓力降低有所減緩，但不滿足壓降值10%的要求，僅變更供氣方式不能滿足閥門動作需要。

（2）更改壓空供氣管道，原壓空供氣管道內徑為0.5英寸，將壓空供氣管道改為1英寸可有效減少流阻增加壓空流量。現場使用臨時管道為氣動執行機構提供壓空氣源并使用診斷裝置對閥門開啟狀態進行診斷，同樣以VFS-PL-V004為例，獲取數據如下圖：閥門氣腔壓力上升趨勢增快，閥門全行程時間約為3.5s滿足在役試驗大綱的要求。

5 結論及建議

本文通過計算及現場閥門動作試驗，分析得出安全殼隔離閥不能開啟的原因，提出閥門不能有效開啟的根本原因為先導式電磁閥供氣量不足并提出了相應的解決方案。最終變更方案與西屋公司的解決方案一致，并在三門二號機組上試驗獲得成功，為一號機組裝料進程提供了有力保障。

建議：

（1）將壓空供氣管道擴徑變更方案推廣至后續AP1000機組，且壓空管道變更工作量大，建議納入后續機組改進項。

（2）后續設計應盡量避免一個電磁閥控制兩路氣源的設計；

（3）使用大口徑先導式電磁閥前，應充分計算壓空流量，保證壓空流量可滿足閥門開啟。

參考文獻：

[1]ASME OM卷《核電廠運行和維修規范》[S].

[2]ANSI/ANS-56.8-2002 Containment System Leakage Testing Requirmen.