某國(guó)產(chǎn)核電廠安全殼隔離閥內(nèi)漏分析及改進(jìn)

蔣泰鏗　白新鵬

【摘 要】本文分析介紹了某國(guó)產(chǎn)核電廠核島安全殼通風(fēng)系統(tǒng)安全殼隔離閥的功能、結(jié)構(gòu)，對(duì)起閥門密封作用的各零部件做了詳細(xì)的介紹，結(jié)合出現(xiàn)的閥門內(nèi)漏故障，分析閥門內(nèi)漏原因、處理方式，并介紹改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】安全殼隔離閥;泄露;密封;改進(jìn)

中圖分類號(hào)： TL351.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）05-0050-004

0 前言

某核電機(jī)組核島的安全殼上安裝了16臺(tái)通風(fēng)相關(guān)的安全殼隔離閥，其中8臺(tái)口徑750mm的安全殼隔離閥屬于安全殼換氣通風(fēng)系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱EBA系統(tǒng)），8臺(tái)口徑250mm的安全殼隔離閥屬于安全殼大氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱ETY系統(tǒng)）。EBA、ETY系統(tǒng)安全殼隔離閥由國(guó)內(nèi)某閥門廠家生產(chǎn)，在安裝、調(diào)試、運(yùn)行過程中屢次出現(xiàn)內(nèi)漏缺陷，本文通過介紹閥門結(jié)構(gòu)，分析內(nèi)漏可能原因、內(nèi)漏處理方式，提出相應(yīng)的改進(jìn)、優(yōu)化措施，確保安全殼隔離閥的可靠性。

1 閥門功能及技術(shù)要求

EBA系統(tǒng)的安全殼隔離閥用來保證安全殼在LOCA事故時(shí)的密封性。每一貫穿件串聯(lián)兩個(gè)閥門，一個(gè)位于安全殼外，一個(gè)位于安全殼內(nèi)（如圖1所示）。所有閥門可以手動(dòng)打開，自動(dòng)關(guān)閉，要求能夠自動(dòng)快速關(guān)閉（時(shí)間少于3秒鐘）。

ETY系統(tǒng)的安全殼隔離閥在反應(yīng)堆正常運(yùn)行工況，能夠開啟和關(guān)閉;在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況，將安全殼和外部進(jìn)行隔離。每一貫穿件串聯(lián)兩個(gè)閥門，均位于安全殼外（如圖2所示）。第一個(gè)閥門（靠近安全殼墻，003VA、009VA、004VA、010VA）可以氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)打開，第二個(gè)閥門（005VA、006VA、007VA、008VA）可以手動(dòng)打開，兩個(gè)閥門均要求能自動(dòng)快速關(guān)閉（關(guān)閉時(shí)間小于1秒）。

ETY系統(tǒng)與EBA系統(tǒng)安全殼隔離閥操作的不同之處是ETY系統(tǒng)的安全殼隔離閥無法由就地人員手動(dòng)關(guān)閉，而只能由主控或者其他控制信號(hào)關(guān)閉，對(duì)于EBA系統(tǒng)安全殼隔離閥則只要電磁離合帶電，就能由就地人員就地進(jìn)行開關(guān)操作。

《安全殼隔離閥技術(shù)規(guī)格書》要求制造廠執(zhí)行閥門和閥座密封試驗(yàn)：閥門裝配和涂漆完成后，在常溫條件下，對(duì)閥門的承壓端，用壓力分別為0.01MPa和0.42MPa的空氣進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)閥門密封面的泄漏量（內(nèi)漏）應(yīng)小于0.5l/h，不允許有任何外漏。

安全殼隔離閥的內(nèi)漏，直接影響了反應(yīng)堆廠房的泄露率，以及安全殼貫穿件可用性。《運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》對(duì)機(jī)組在功率運(yùn)行階段的反應(yīng)堆廠房的泄漏率、安全殼貫穿件的可用性均有非常嚴(yán)格的要求，安全殼隔離閥的故障，將可能導(dǎo)致機(jī)組狀態(tài)的后撤。

2 閥門結(jié)構(gòu)及密封實(shí)現(xiàn)

安全殼隔離閥由驅(qū)動(dòng)裝置、閥門本體及其附件三部分組成。驅(qū)動(dòng)裝置主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)（氣動(dòng)馬達(dá)或者手輪）、蝸輪蝸桿、齒輪齒條、撥叉機(jī)構(gòu)、彈簧腔等部分;閥門本體主要包括閥體、蝶板、閥軸、閥座、配對(duì)法蘭等部分;附件主要包括電磁離合器、電磁閥、減壓過濾器、限位開關(guān)等部分。

參照?qǐng)D3，渦輪蝸桿裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，使蝸輪驅(qū)動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)撥叉轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)閥門的開啟，同時(shí)壓縮彈簧，為閥門關(guān)閉積蓄能量，做好準(zhǔn)備。當(dāng)系統(tǒng)失電時(shí)，電磁離合器失電脫開，彈簧腔內(nèi)被壓縮的彈簧通過蓄能提供閥門關(guān)閉力，彈簧驅(qū)動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)撥叉實(shí)現(xiàn)閥門的關(guān)閉，在關(guān)閉過程中，彈簧腔中的氣體通過彈簧腔上的排氣螺栓排出，以免排氣不暢，閥門快關(guān)受阻，導(dǎo)致閥門無法完全關(guān)閉。

閥門本體采用三偏心結(jié)構(gòu)（如圖4所示），保證密封圈只是在關(guān)閉位置時(shí)才與閥座接觸，不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)摩擦和磨損，即具有開啟時(shí)能瞬間脫開，關(guān)閉時(shí)具有越關(guān)越緊及磨損補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｓ帜艽_保密封面周向接觸的均勻一致性。關(guān)閥時(shí)密封圈漸漸切入閥門密封面，能自動(dòng)清除密封面上的雜質(zhì)。

安全殼隔離閥關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，閥座密封面A與密封圈的外錐面接觸形成密封副（見圖5），閥門的驅(qū)動(dòng)裝置輸出扭矩，使密封副之間形成一定的密封比壓，從而實(shí)現(xiàn)閥門的密封。在關(guān)閉位置，隨著介質(zhì)壓力升高，密封副的比壓也相應(yīng)升高，從而保證了閥門的密封性能。密封接觸面相對(duì)較寬，對(duì)介質(zhì)中的雜質(zhì)敏感度不高。

如圖6所示，密封圈由多層次不銹鋼片與墊片層疊構(gòu)成，密封副形成迷宮式的密封，確保閥門密封滿足要求。

3 閥門內(nèi)漏分析、處理及改進(jìn)措施

閥門內(nèi)漏，指的是閥座與閥瓣形成的密封副，在關(guān)閉狀態(tài)無法阻擋介質(zhì)的通過。

導(dǎo)致閥門內(nèi)漏的因素非常多，從閥門本身而言，主要包括密封副之間的密封比壓不足、密封副結(jié)構(gòu)及質(zhì)量不理想。

安全殼隔離閥采用三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)，閥瓣密封使用不銹鋼和石墨組成迷宮式密封，從設(shè)計(jì)上保證了密封副的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量。因此，本文主要從密封比壓、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境導(dǎo)致密封副質(zhì)量問題角度分析閥門內(nèi)漏的原因。

3.1 密封比壓不足

3.1.1 閥門關(guān)閉方式不當(dāng)

安全殼隔離閥通過渦輪蝸桿裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，使蝸輪驅(qū)動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)撥叉轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)閥門的開啟，同時(shí)壓縮彈簧，為閥門關(guān)閉積蓄能量。如果閥門開啟角度不夠，彈簧蓄能不足;或者使用手動(dòng)方式關(guān)閉閥門，積蓄的能量沒有快速釋放，將引起閥門的關(guān)閉力不足，無法建立足夠的密封比壓，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏。

1號(hào)機(jī)組調(diào)試期間首次執(zhí)行EBA系統(tǒng)安全殼隔離閥密封性試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)所有閥門均存在較大內(nèi)漏。檢查閥座密封面與閥瓣密封圈，并未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷。將閥門完全打開，并使用自動(dòng)關(guān)閉模式重新關(guān)閉，再次試驗(yàn)合格。

經(jīng)分析、調(diào)查發(fā)現(xiàn)，安裝期間，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差，安裝人員擔(dān)心閥門快速關(guān)閉可能會(huì)由于異物的存在，導(dǎo)致閥門密封面的損壞。在給閥門通電后，采用了手動(dòng)方式緩慢關(guān)閉閥門，導(dǎo)致了閥門關(guān)閉不到位。

現(xiàn)已升版閥門的運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)，明確閥門必須在開啟角度75%以上進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉，避免關(guān)閉力不足，導(dǎo)致閥門關(guān)閉不到位，造成閥門內(nèi)漏。

3.1.2 驅(qū)動(dòng)裝置排氣不順暢

安全殼隔離閥自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，彈簧腔內(nèi)被壓縮的彈簧通過蓄能提供閥門關(guān)閉力，在關(guān)閉過程中，彈簧腔中的氣體通過彈簧腔上的排氣螺栓排出，以免排氣不暢，阻礙彈簧力釋放，引起閥門的關(guān)閉力不足，無法建立足夠的密封比壓，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏。而排氣螺栓上排氣孔的大小，直接決定了排氣效果。

1號(hào)機(jī)組首次裝料后升功率期間，發(fā)現(xiàn)安全殼內(nèi)環(huán)境壓力上升趨勢(shì)減緩，并在殼內(nèi)正壓接近20kPa.g時(shí)趨于穩(wěn)定，不符合正常運(yùn)行的升壓規(guī)律。通過安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算得出安全殼最大泄漏率已超過運(yùn)行限值。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)1EBA001VA、1EBA002VA密封面有較大泄漏。

檢查閥座密封面與閥瓣密封圈，并未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，在排除了閥門關(guān)閉不到位、閥瓣密封圈調(diào)整墊厚度不合適等可能存在的問題后，經(jīng)充分的分析、討論，將缺陷原因鎖定為彈簧腔排氣不暢。

為了保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，需優(yōu)先保證1EBA002VA的密封性。將1EBA002VA彈簧腔上的排氣螺栓拆除（見圖3所示），重新快關(guān)，使用檢漏液檢查未見泄漏。使用試驗(yàn)裝置進(jìn)行密封性試驗(yàn)，結(jié)果合格。

對(duì)于1EBA001VA，將彈簧腔排氣孔由Φ3mm擴(kuò)至Φ4mm，重新快關(guān)閥門，使用試驗(yàn)裝置進(jìn)行密封性試驗(yàn)，結(jié)果合格。

同時(shí)通過對(duì)安全殼泄漏量進(jìn)行繼續(xù)觀察、計(jì)算，滿足運(yùn)行要求，此次安全殼泄漏超標(biāo)問題處理完成。

現(xiàn)已對(duì)1-4號(hào)機(jī)組所有DN750的安全殼隔離閥，將排氣螺栓排氣孔孔徑由Φ3mm擴(kuò)大至Φ4mm，確保排氣效果。

3.1.3 閥瓣密封圈錯(cuò)位

安全殼隔離閥通過閥瓣密封圈與閥座之間的緊密配合保證密封、不內(nèi)漏，閥門在自動(dòng)關(guān)閉時(shí)，閥瓣密封圈在驅(qū)動(dòng)裝置作用下，快速旋轉(zhuǎn)到與閥座良好配合的位置。閥瓣密封圈跑偏將可能引起閥門的關(guān)閉力不足，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏。

1-4號(hào)機(jī)組，在大修期間執(zhí)行EBA系統(tǒng)安全殼隔離閥密封性試驗(yàn)時(shí)，屢次發(fā)現(xiàn)泄漏超標(biāo)問題，通常泄漏超標(biāo)的處理方案為調(diào)整閥瓣密封圈，即：手動(dòng)將閥門打開一定開度（大于75度），松掉密封圈壓板螺栓，快關(guān)閥門，讓閥瓣密封圈重新定位，重新緊固密封圈壓板螺栓。經(jīng)過調(diào)節(jié)后，能夠保證單次的試驗(yàn)合格，但是開關(guān)數(shù)次后，容易再次出現(xiàn)閥瓣密封圈跑偏、泄露超標(biāo)問題。

對(duì)于閥瓣密封圈跑偏、需要重新調(diào)整定位，主要的原因?yàn)椋?/p>

閥瓣密封圈安裝位置可能存在細(xì)微的偏差。

密封圈壓板螺栓力矩不足或者鎖定方式不夠可靠，在閥門開關(guān)過程中密封圈有一定的位移。

針對(duì)閥瓣密封圈安裝位置可能存在偏差，將密封圈內(nèi)孔和定位孔加大1mm，增大密封圈自找正范圍，讓閥門在關(guān)閉時(shí)，閥瓣密封圈受力、調(diào)整位置，確保在最合適的位置，保證閥門的密封。

針對(duì)密封圈壓板螺栓可能存在的松動(dòng)情況，在壓緊螺栓下加裝了一個(gè)防松墊圈，在按照要求進(jìn)行力矩緊固后，防松墊圈可確保螺栓不松動(dòng)，防止閥瓣密封圈跑偏。

3.2 閥門密封副質(zhì)量不理想

安全殼隔離閥閥瓣密封圈的設(shè)計(jì)，保證了閥門對(duì)微小異物、輕微的閥座密封面損傷的敏感程度不高、包容程度較強(qiáng)。但是較大的異物可能導(dǎo)致閥座、閥瓣密封面不能很好的接觸、保證密封，導(dǎo)致閥門的內(nèi)漏。同時(shí)，異物的存在，極有可能導(dǎo)致密封面的損傷，甚至是密封面上貫穿性的劃痕，導(dǎo)致閥門的內(nèi)漏。

對(duì)于此種類型的內(nèi)漏，需要及時(shí)對(duì)密封面進(jìn)行清理，消除異物，并更換閥瓣密封圈。如果閥座密封面劃痕較深，還需要對(duì)閥座密封面進(jìn)行修復(fù)。

為了更好的解決這個(gè)問題，在閥瓣密封圈上增加了一層氟橡膠片，在閥門關(guān)閉過程中，氟橡膠片先清除密封面上的異物，防止異物卡在密封面上。

4 結(jié)論

本文介紹了某核電廠國(guó)產(chǎn)化安全殼隔離閥的功能、結(jié)構(gòu)，并對(duì)閥門內(nèi)漏原因進(jìn)行分析，明確了具體的處理方式，以及閥門的改進(jìn)措施。

相應(yīng)的改進(jìn)措施現(xiàn)已落實(shí)，相應(yīng)的產(chǎn)品樣機(jī)完成了一系列的試驗(yàn)，并進(jìn)行了充分的動(dòng)作試驗(yàn)，密封試驗(yàn)未見泄露，可見，針對(duì)內(nèi)漏所作的改進(jìn)措施取得了較好的效果，閥門的可靠性進(jìn)一步得到提升。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《安全殼隔離閥設(shè)備運(yùn)行與維修手冊(cè)》，P11-13，江蘇神通，2013.

[2]《安全殼隔離閥技術(shù)規(guī)格書》，P10，中國(guó)核電工程有限公司，2009.