核電廠某減壓閥調節故障及處理

柴曉宇

（中核遼寧核電有限公司，遼寧興城 125100）

0 引言

消防系統的水由于長時間處于靜止狀態，水質中的沉積物、各種離子、鐵銹雜質等對處于消防系統的減壓閥是一個較大的挑戰。通過參考電站經驗反饋以及自身系統實際狀況，減壓閥中選取采用EPDM（Ethylene-Propylene-Diene Monomer，三元乙丙橡膠）和腈綸網材質的隔離膜片，其具有良好的耐腐蝕性和密封性[1]，保證系統中的減壓閥不會因為水質的持續惡化而失效。

1 問題

該減壓閥的作用是將JPD（消防水分配）系統壓力為1.17 MPa（表壓）的消防水，減壓到JPU（廠區消防水分配）系統壓力為0.8 MPa（表壓）的消防水[2]。下游JPU 系統單次最大消防用水量為15 L/s，而廠家設計說明書給出的適用流量為8～16 L/s，流量適用范圍滿足要求。但在實際使用中，靜態調節完成后，經過一段時間下游壓力超過國家標準要求的規范值。

2 原因分析

該閥為可調式減壓閥，實際調節該減壓閥時，關閉減壓閥下游截止閥，通過靜態調節減壓閥的導閥，將下游壓力調至0.8 MPa，然后打開下游截止閥，通過調節減壓閥針型閥來調節減壓閥主閥開啟與回座時間，使其下游壓力維持在0.72～0.84 MPa[3]。

主閥的開啟或關閉取決于隔膜腔進水量與出水量的差值，當進水量小于出水量時，上腔壓力逐漸降低，主閥開啟；當隔膜腔進水量大于出水量時，上腔壓力逐漸升高，主閥關閉；當上腔進水量相等或者為零時，主閥處于平衡狀態。閥腔的進出水首先受到導閥的影響，當導閥處于開啟狀態時，閥腔才能進出水，主閥才能開啟或關閉。

2.1 理論分析

如圖1 所示，調節閥門時，關閉減壓閥下游截止閥，打開上游截止閥，首先將導閥彈簧完全放松，此時下游壓力為最小壓力，順時針緩慢擰緊先導閥上的彈簧，使下游壓力達到設計壓力值。緩慢打開下游截止閥，此時下游壓力下降后，關閉截止閥，再次查看下游壓力值。如果在打開下游截止閥時減壓閥主閥需要較長時間才開啟，同時主閥回座時間較快，則微調關小針型閥，反之則微調開大針型閥，重復上述過程，直到滿足需要的主閥開啟和關閉時間。

根據導閥的實際受力，得出其受力方程式：

式中 Fd——導閥膜片受力，N

Ft——導閥彈簧產生的彈力，Ft=kx。k 是彈簧剛度（N/mm），x 是彈簧形變量（mm）

Fm——導閥膜片受到下游壓力對導閥膜片產生的作用力，Fm=P2S1。P2是下游壓力（Pa），S1是導閥膜片面積（m2）

Fx——導閥閥芯受到下游壓力對導閥膜片產生的作用力，Fx=Fm=P2S2。P2是下游壓力（Pa），S2是導閥閥芯面積（m2）

根據導閥結構分析：由于S1＞＞S2，在下游同樣壓力作用下，Fm＞＞Fx，則式（1）可以近似為Fd=Ft＋Fm，由此可以看出導閥膜片受力主要是彈簧和膜片相互作用的結果。當Fd＞0，即Ft＞Fm時，彈簧力大于膜片受力，導閥打開，減壓閥上腔與下游相通；相反，當Fd＜0，即Ft＜Fm時，彈簧力小于膜片受力，導閥關閉，減壓閥上腔與下游隔斷，上腔無法排水。

圖1 先導式減壓閥

2.2 實踐分析

在現場實際調節過程中發現，當減壓閥主閥開啟后能及時關閉，當減壓閥動作后，雖然主閥已經關閉，但導閥仍處于開啟狀態。減壓閥上游JPD 系統的消防水，通過針型閥管路進入隔膜上腔后，經過導閥進入減壓閥下游JPU 系統的消防水，而通過一段時間后，減壓閥下游壓力達到0.95 MPa 左右，產生超差現象，此時導閥才完全關閉。

將式（1）中的各項參數值均代入得kx=P2S1。在正常合理的情況下，下游壓力設定完成后，kx=某定值，同時由于導閥的結構限制，圖1 中彈簧的形變量為一個定值。由上述分析可知，下游達到設定壓力后，減壓閥主閥關閉，導閥仍然處于開啟狀態，直至0.95 MPa 導閥才完全關閉。可以看出，此時P2又產生部分增長，才能實現力學平衡。因此，導致下游超壓的主要原因為導閥的彈簧剛度過大，在同樣壓縮量下需要更大的下游壓力來平衡，因此產生超壓現象。雖然在靜態調節下實現了下游設定壓力，但在進行動態調節試驗時，由于彈簧剛度較大，使得下游在主閥關閉的情況下，仍然通過導閥部分在持續增壓，最終導致下游持續超壓現象的發生。

3 解決方法

減壓閥引結構性原因產生超壓，不能通過簡單的調整來實現其正常功能。因此需要更換導閥的彈簧，將剛度較大的彈簧更換為計算剛度的彈簧。更換后重新對3 組減壓閥進行減壓調節，并測量其動態調節后實際下游壓力（表1）。

4 結束語

減壓閥通過與下游JPU 系統相連的各個廠房消火栓供給減壓消防水，當下游超壓時，容易導致下游管線的卡箍發生破口，管線上的安全閥頻繁起跳。減壓閥由于結構原因，使下游壓力出現超壓，通過分析調節效果以及結構，得出下游出現超壓的原因是減壓閥導閥彈簧剛度過大，造成即使在靜態調節完成后，動態調節時導閥仍然無法關閉。更換導閥彈簧后，重新進行動態調節，下游實際壓力符合國標要求。本次減壓閥的故障分析與處理，對類似系統減壓閥的故障處理有一定的借鑒意義。

表1 閥門動態調節實測值