PCS系統安全殼噴淋隔離閥維修可執行性分析

花龍

摘 要：設備的定期維修提高了其可靠性，因此對工業應用上的設備需要定期進行檢修，避免出現非預期失效導致系統、設備功能喪失，但是由于現場實際布置以及系統的運行要求，會出現由于無法實施正常隔離從而使得檢修工作難以實現。本文對AP1000電站PCS系統執行安全相關功能設備的維修可行性進行分析并提供一種檢修隔離方法。關鍵詞：冰塞；非能動安全殼冷卻系統；電站DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.1601 系統介紹

非能動安全殼冷卻系統（PCS）作為AP1000重要非能動安全系統，提供設計基準事故后安全殼冷卻功能以保持安全殼完整性避免放射性物質外泄。系統主要設備包括非能動安全殼冷卻水箱（PCCWST）、非能動安全殼冷卻輔助水箱（PCCAWST）、PCS再循環泵、PCCWST出口隔離閥以及相應的管道和儀表。根據最終安全分析報告（FSAR）要求，在模式1、2、3、4、5、6下PCCWST水裝量需要保持在2864m?以上，因此PCCWST出口第一道電動隔離閥無法進行常規隔離，不能進行檢修工作。2 PCS系統閥門檢修需求2.1 電動閥的結構及功能要求

PCCWST出口電動閘閥正常運行期間為常開狀態，在進行下游閥門檢修時提供隔離功能；根據ASME OM規范要求，需要每個季度進行全行程試驗，以證明閥門功能完好。2.2 電動閥的失效模式及失效機理

根據EPRI統計，電動閥會發生如電機、傳動部件、齒輪箱、閥桿、閥座、導向槽、填料等常見部件的失效，需要定期進行診斷、解體檢查、更換等維修活動以避免設備發生無法關閉、泄漏等問題，導致系統功能降級；根據現場使用經驗，電動兩位閥發生卡澀的概率較高。 2.3 電動閥的檢修要求及隔離要求

根據廠家提供的維護手冊要求，閥門需要定期進行閥桿齒輪潤滑、閥桿清潔以及墊片更換等維護活動，因此需要將閥門解體；另一方面，閥門每個季度需要執行定期開關試驗，當發生試驗不合格（如無法打開、卡澀）將造成系統不可運行。3 可維修性分析3.1 冰塞背景介紹

一般來說，對于系統設備部分管道無法實施正常隔離或由于安全、經濟的原因，介質疏排難度大或難以滿足運行要求的。這種情況下，采用冰塞對系統進行隔離是一種可行的辦法。對于PCS由于安全分析考慮必須要使得PCCWST處于滿水狀態這一情況，屬于安全原因無法實施正常隔離，可以考慮采用冰塞的方式進行隔離以滿足檢修的需求。美國Vogtle Electric Generating Plant與Exelon Plant在冰塞的使用上比較成熟，并且制定了相應的規程用于指導冰塞活動的執行。

冰塞——即在系統管道的某一段包裹上冷卻劑（液體二氧化碳、液氮等，現場多以液氮為主要冷卻劑），管道內流體在冷卻劑的作用下凝結成固體并可以承受一定壓力，從而實現系統、設備的隔離。3.2 冰塞隔離的限制條件與現場條件匹配性

按照商運電站對冰塞活動的使用經驗，冰塞的主要限制條件包括以下幾個方面：

（a）待冰塞管道表面溫度高于30℃；

（b）待冰塞管道內有流動介質；

（c）待冰塞位置在管件（三通、彎頭、活接）和焊縫上；

（d）待冰塞管道為非金屬管道、有縫管道、冷拔管道、鑄銅管道、鑄鐵管道、襯膠管道；

（e）待冰塞管道出現異常減薄，減薄量為原壁厚的三分之一。

對于PCS系統：

（a）PCCWST為混凝土鋼構結構組成環形箱體，溫度不高于環境溫度（不受陽光照射影響），且沒有其他外在熱源；通過監測水箱溫度，夏季最高溫度未超過30℃（最高達到29℃）；

（b）系統正常運行期間處于備用狀態，管道內沒有流體流動，管道也不會發生振動或沖擊；

（c） 隔離閥上游至水箱出口這段需要冰塞的管線無焊接段以及管件；該部分管道材質為304L奧氏體不銹鋼（ASME SA-312 GR TP304L）；

（d）目前PCS系統管道未執行過冰塞隔離，管道沒有經受溫度瞬態變化，基本不可能發生壁厚減薄問題；另外即使管道執行過冰塞活動，按照要求在執行冰塞活動前仍需要對管道進行無損檢測（PT、MT）以確定管道狀態可支持冰塞。

基于以上情況對比，該段管道滿足執行冰塞活動的限制條件。3.3 實施方案分析3.3.1 冰塞安裝要求

實施冰塞活動所需要的設備主要包括冰塞夾套以及溫度計（測溫儀），前者用于包裹管道實施冰凍；后者用于測量冰塞的溫度，監測冰塞狀態。

由于冰塞完成后需要承受一定的壓力，因此對于夾套長度有最小的限值。

對于PCS系統4段4英寸目標管道， 夾套長度與管徑對應關系如下（摘取自美國Vogtle Electric Generating Plant數據）：3.3.2 現場條件分析

現場實際查看確認，孔板式流量變送器布置靠近變徑頭一側，該區域狹窄且支架較多。因此冰塞夾套裝置需安裝在儀表上游管線處（即靠近水箱側管線）。經現場實際測量以及查看設計施工圖紙，四段管線均有超過1米的直線距離，四段管線直線長度與管徑最小比為9.8，滿足冰塞夾套的安裝要求。3.3.3 結論

通過對冰塞活動的限制條件、冰塞裝置的安裝要求、以及現場管道布置進行分析，確認PCCWST出口電動隔離閥是具備維修條件的，可以執行定期維修活動以保證可靠性，可以確保PCS系統事故后安全殼冷卻功能的可靠執行。參考文件：[1]Passive Containment Cooling System-System Specification Document.2016.[2]Maintenance Manual for 3" and Larger Motor Operated Globe Valves，ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section III Class 1，2，and3.2011.