主蒸汽隔離閥月度試驗(yàn)閥門不動作問題分析及處理

謝祖妙 余 源 王志強(qiáng)

(福建福清核電有限公司，福建 福清 350318)

1 概述

主蒸汽隔離閥(以下簡稱MSIV)安裝在壓水堆核電廠二回路主蒸汽系統(tǒng)管道上，是一個能執(zhí)行5s內(nèi)快速關(guān)閉的核安全功能的重要關(guān)鍵閥門。某核電1&2號機(jī)組的MSIV為美國Flowserve生產(chǎn)的一個包括了液、氣、電系統(tǒng)的線性活塞式機(jī)構(gòu)。

該閥門的液壓缸上部是一個半球形的高壓氮?dú)夤蓿淖饔孟喈?dāng)于一個永不失效的彈簧。液壓系統(tǒng)設(shè)有氣動油泵，高壓的液壓油進(jìn)入液壓活塞下部，克服氮?dú)獾膲毫Γ?qū)動活塞上行，將閥門打開。閥門關(guān)閉則是通過將液壓回路泄油泄壓，被壓縮的高壓氮?dú)馀蛎涀龉硗瓿傻摹?/p>

圖1 MSIV邏輯控制圖

2 主蒸汽隔離閥月度部分關(guān)閉試驗(yàn)

MSIV的月度試驗(yàn)為閥門部分行程(關(guān)閉10%的全行程)試驗(yàn)。此試驗(yàn)用于驗(yàn)證泵側(cè)(B列)及非泵側(cè)(A列)的主排放電磁閥(2-89和3-89)和主排放閥(2-28和3-28)可用性。

在歷次主蒸汽隔離部分關(guān)閉試驗(yàn)中，現(xiàn)場出現(xiàn)過閥門無法回到全開限位、無法切換至慢關(guān)回路、閥門無法脫開全開限位等多種問題。現(xiàn)筆者依據(jù)不同情況問題，結(jié)合閥門結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行探討并處理。

3 部分關(guān)閉試驗(yàn)中閥門無法全開的問題

3.1 現(xiàn)場問題

某電廠在執(zhí)行VVP-T-002(主蒸汽隔離閥部分關(guān)閉試驗(yàn))時完成閥門部分關(guān)閉后進(jìn)行開閥動作，氣動泵工作一段時間后停止，此時閥門指示桿未觸及全開限位，即閥門處于半開位置，無法全開。

3.2 故障排查及處理

(1)進(jìn)油回路堵塞。由于閥門氣動泵工作一段時間，且開始階段閥門上行，表明液壓油可以正常進(jìn)入液壓回路中。且閥門系統(tǒng)中的油品均是化驗(yàn)合格的，進(jìn)油管路中不存在小孔等裝置。故進(jìn)油回路堵塞的可能性較小。

(2)泵本身失效。由于氣動泵在前期均可正常動作，氣動泵的動作、聲音均順暢，無異常。該泵沒有在超工況下工作，泵本身失效可能性不大。但泵的氣動活塞是否卡澀需解體才能進(jìn)一步確認(rèn)。

(3)無氣源。由于此時壓空電磁閥117后的減壓閥閥后讀數(shù)一直存在，即表明壓空電磁閥處于開啟狀態(tài)，排除了無氣源的情況。

(4)泵動力不足。經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)，重新開閥氣動泵的供氣壓力保持在40～42psi。由于MSIV的氣動泵是一種氣動柱塞泵，該泵的工作原理是利用氣動回路和油回路的活塞面積比差(其面積比為60∶1)來實(shí)現(xiàn)泵油工作。

根據(jù)面積比計算氣動泵所能提供的油壓：

其中，Pair為進(jìn)氣壓力值：40～42psi；可知此時氣動柱塞泵能提供的油壓僅為2400～2520psi，而現(xiàn)場的氮?dú)鈮毫径荚?200～2400psi。

所以閥門在進(jìn)行月度部分關(guān)閉試驗(yàn)過程中，氣動泵提供的油壓壓力無法克服閥門氮?dú)鈮毫烷y門自身摩擦力以全開閥門。故在月度試驗(yàn)中，重新調(diào)節(jié)減壓閥,將減壓閥閥后壓力提高至不低于50psi，閥門克服氮?dú)鈮毫φｉ_啟，觸發(fā)全開限位。

根據(jù)供氣管線走向，泵的動力不足原因在于壓空減壓閥調(diào)節(jié)性能較差，在后續(xù)對減壓閥進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)減壓閥的活塞存在嚴(yán)重磨損。

由于活塞和減壓閥為Al-Mg合金材質(zhì)。材質(zhì)相同，摩擦系數(shù)較大，容易粘著。在起泵過程中有高速的摩擦運(yùn)動，活塞抗粘著能力低，其運(yùn)動磨損過程中凸鋒材料剝落所產(chǎn)生的磨粒硬度較大，會在接觸面上劃出溝槽或者凹坑，使活塞磨損從而引起卡澀，無法發(fā)揮正常的調(diào)節(jié)作用。

MSIV減壓閥的磨損、卡澀問題在各個核電廠均存在。故其選型合適與否對MSIV月度部分關(guān)閉試驗(yàn)是至關(guān)重要的。現(xiàn)某電廠已使用了新型號的減壓閥，目前運(yùn)行情況良好，該情況很值得在各個電廠進(jìn)行推廣。

4 閥門無法切換慢關(guān)

4.1 現(xiàn)場問題

在某次執(zhí)行閥門部分關(guān)閉試驗(yàn)時，試驗(yàn)電磁閥2-10得電后，沒有得到位置開關(guān)2-27A的反饋信號。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)閥2-50并未切換至慢關(guān)回路。

4.2 故障分析

4.2.1 彈簧問題的分析

如果是彈簧力過大，則表示該閥門的彈簧選型錯誤，為了驗(yàn)證確認(rèn)該原因，首先對閥門相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了研究：

由于試驗(yàn)閥活塞桿與閥門襯套之間為O圈密封，尼龍支撐環(huán)導(dǎo)向，故此處不考慮摩擦力的作用。故將根據(jù)彈簧力來計算試驗(yàn)閥切換至慢關(guān)回路所需的系統(tǒng)最小油壓力值。

當(dāng)試驗(yàn)閥切換至限流慢關(guān)回路時，此時閥門的彈簧力為：

F彈簧=K×ΔX

上述公式中：

K表示：該彈簧的彈性模量，經(jīng)咨詢廠家，其值為14.79N/m；

ΔX表示：閥門處在限流位置的彈簧壓縮量，ΔX=30.23mm；

試驗(yàn)閥的彈簧自由長度為63.5mm，根據(jù)試驗(yàn)閥閥桿和閥門襯套的長度，可知閥門處于快關(guān)限位時試驗(yàn)閥的彈簧長度為45.97mm，當(dāng)試驗(yàn)閥切換至限流限位時，閥桿行程為0.5inch，即12.7mm。

故ΔX=63.5-45.97+12.7=30.23mm。

由于試驗(yàn)電磁閥是先于主電磁閥得電的，故在主電磁閥得電前，試驗(yàn)閥的上游是無壓力的，即切換試驗(yàn)閥至限流回路時，先導(dǎo)油壓的作用面積:

由于該試驗(yàn)閥活塞使用尼龍支撐環(huán)導(dǎo)向以避免閥門襯套和活塞之間發(fā)生直接接觸和摩擦，故筆者此處不計算摩擦力，代以乘一個經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.5，故需要克服的彈簧力為：

P=0.072psi

由于該先導(dǎo)油壓的壓力與液壓缸內(nèi)的運(yùn)行油壓力一致，即先導(dǎo)油壓為3000～3300psi。故系統(tǒng)壓力提供的先導(dǎo)油壓遠(yuǎn)大于動作試驗(yàn)閥所需克服的彈簧力，不會存在彈簧力過大導(dǎo)致先導(dǎo)油壓無法克服而閥門不動的情況。

通過分析：彈簧因素導(dǎo)致的原因可排除。

4.2.2 試驗(yàn)電磁閥問題的分析

在確認(rèn)非彈簧問題后，由于給試驗(yàn)電磁閥送電后，使用鐵制材料測驗(yàn)電磁閥線圈的磁性，此時鐵制材料可吸合至試驗(yàn)電磁閥線圈處，此時，表明試驗(yàn)電磁閥是具備吸合能力的，即試驗(yàn)電磁閥得電且動作。但試驗(yàn)電磁閥是否真實(shí)動作需要離線才能確認(rèn)。

4.2.3 試驗(yàn)閥卡澀的分析

(1)彈簧側(cè)活塞卡澀：彈簧側(cè)活塞卡澀因液壓油雜質(zhì)卡澀，即分析MSIV使用的抗燃液壓油內(nèi)含有較大的顆粒/雜質(zhì)，在試驗(yàn)閥動作過程中進(jìn)入襯套與活塞之間導(dǎo)致機(jī)械卡緊。對主蒸汽隔離閥系統(tǒng)的液壓油取樣分析，該液壓油的顆粒度經(jīng)化驗(yàn)結(jié)果顯示滿足閥門運(yùn)維手冊中對液壓油的顆粒度污染限制的要求。且結(jié)合多次閥門檢修中，舊液壓油透明良好，未發(fā)現(xiàn)明顯顆粒。可得出試驗(yàn)閥因液壓油的雜質(zhì)導(dǎo)致卡澀的可能性較低。

(2)壓蓋側(cè)活塞卡澀：現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)閥的壓蓋被刷漆，且刷漆的范圍覆蓋了試驗(yàn)閥活塞桿。故在進(jìn)行試驗(yàn)閥動作時，試驗(yàn)閥回縮過程中由于少許油漆被帶入壓蓋，活塞桿摩擦力增大，導(dǎo)致活塞卡澀，閥門無法切換至限流慢關(guān)限位。

后經(jīng)過對試驗(yàn)閥壓蓋側(cè)的活塞桿及其四周進(jìn)行除漆處理并清潔潤滑。再次進(jìn)行閥門部分關(guān)閉試驗(yàn)，試驗(yàn)閥動作正常，可切換至限流試驗(yàn)限位。

由此得出一個共性的結(jié)論：閥門在執(zhí)行防腐防銹工作時，需識別出可活動部件。對于活動部件，特別是有精度要求的，如活塞桿、填料閥桿等位置需避免直接刷漆導(dǎo)致的閥門動作異常。

5 結(jié)束語

本文探討的主蒸汽隔離閥在月度試驗(yàn)過程中遇到的相關(guān)問題為各個現(xiàn)場的共性問題。通過對氣動泵和試驗(yàn)閥不動作的問題探究，分析原因所在，并制定恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對方案，對保證主蒸汽隔離閥在月度試驗(yàn)中的有效執(zhí)行有著積極的意義。