安全注射系統(tǒng)全封閉電動閘閥異常問題的分析及處理

黃麟淞，周金昊，胡啟帥，曹 宇，袁 磊，鄧治鑫

（中國核動力研究設計院，四川成都 610041）

0 引言

全封閉電動閘閥是安全注射系統(tǒng)重要組成部分，負責控制系統(tǒng)中介質的流動和切斷，保證系統(tǒng)在核設施事故時完成預定的功能。在安全注射系統(tǒng)定期功能性試驗期間，全封閉電動閘閥出現(xiàn)全封閉電動閘閥關閥指示燈不亮以及閥門無法動作的異常情況，嚴重影響系統(tǒng)正常運行。為保證安全注射系統(tǒng)正常功能，本文針對電動閘閥關閥指示燈不亮以及閥門無法動作的異常情況作出分析處理及建議。

1 全封閉電動閘閥結構介紹

全封閉電動閘閥主要由閥體、閘板、閥蓋、位置指示器、屏蔽電傳動裝置組成。

1.1 閥體

全封閉電動閘閥閥體由閥座、閥板、閥蓋、滾珠絲杠副等組成。全封閉電動閘閥采用內循環(huán)滾珠絲杠副結構，它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，通過滾珠絲杠副作用得到較高的運動效率。

1.2 屏蔽式電傳動裝置

全封閉電動閘閥采用屏蔽式電傳動裝置。該裝置主要由屏蔽式電機和減速機構兩個部分組成，屏蔽式電機通過轉子軸向減速機構提供扭矩，減速機構再將扭矩傳遞給閥門，以控制閥門的啟閉，從而達到操作閥門開關的目的[1]。

1.3 位置指示器

位置指示器提供閥門的位置信號，供給運行人員遠程監(jiān)視閥門啟閉使用，或者供給其他自動裝置（調節(jié)器）用。閥門動作時，通過位置指示器傳遞閥門啟閉信號，閥門動作到位之后給出閥開（閥關）到位信號，對應遠程控制臺閥開（閥關）指示燈亮。若位置指示器發(fā)生故障，閥位信號則無法輸出，閥門將無法動作。位置指示器主要包括行程開關、電位計、石墨襯套、滾珠等，安裝在滾珠式杠副上，用于閥門位置信號的反饋。

在閥門的長期動作中，長期摩擦會造成零件磨損，間隙磨損到一定程度的時候必須更換零件。設計者在設計的時候，一般選用硬度較低、耐磨性較好的浸銅石墨復合材料制成的石墨襯套[4]。這類新材料突出表現(xiàn)在良好的自潤滑性、較低的氣孔率、較高的機械強度、極好的耐磨性與優(yōu)異的熱性能。

2 異常情況分析

2.1 異常情況描述

安全注射系統(tǒng)進行閥門定期啟閉試驗過程中，1#、2#全封閉電動閘閥遠程開閥、關閥現(xiàn)場均正常動作，閥開和閥關指示燈均正常顯示。3#、4#全封閉電動閘閥執(zhí)行遠程開閥指令時，現(xiàn)場閥門正常動作，閥開指示燈亮，遠程關閉閥門時，3#、4#全封閉電動閘閥分別動作7.4 s、9.2 s 之后停止動作，閥開指示燈滅，閥關指示燈不亮，運行人員未發(fā)現(xiàn)3#、4#閥門有異常現(xiàn)象，且關閥時間短于1#、2#關閥時間經(jīng)過現(xiàn)場初步檢查。運行人員判斷閥門關閥不到位，再次對3#、4#全封閉電動閘閥進行遠程關閥動作，閥門現(xiàn)場無動作，閥開閥關指示燈均不亮，進行遠程開閥動作時，現(xiàn)場無動作，閥開閥關指示燈均不亮（表1）。

表1 全封閉電動閘閥啟閉試驗記錄 s

2.2 故障分析

全封閉電動閘閥閥門動作不到位是閥門常見故障之一，閥門本體故障、閥門電動裝置故障、閥門限位裝置故障等均可能導致電動閘閥動作不到位。

2.2.1 閥門本體故障

閥門本體故障主要發(fā)生在安裝時出現(xiàn)的安裝問題以及后續(xù)閥門使用過程中的動作失效故障[5]。閥門本體故障容易導致閥門出現(xiàn)無法動作、閥門動作緩慢現(xiàn)象。

（1）安裝故障。全封閉電動閘閥安裝初期填料壓得太緊，閥桿與絲母配合過緊或損壞，閥桿潤滑不良，閥桿磨損，閥桿歪斜都會造成閥桿升降不靈活甚至無法動作。根據(jù)閥門動作過程中，現(xiàn)場人員未聽見3#、4#閥體出現(xiàn)卡滯、磨損等異常聲音，故排除閥門安裝原因。

（2）動作失效故障。全封閉電動閘閥長期運行期間，可能會有異物或雜質隨著水流進入電動閘閥裝置內從而造成軸承失效或齒輪磨損、損壞、法蘭螺母松弛、閥桿螺母傳動失效以及閘板卡滯故障致使閥門卡滯、閥門關閥不到位的現(xiàn)象。現(xiàn)場拆卸3#、4#閥門本體，檢查閥體內均無異物、無破損元件，閥門本體正常，故排除閥體動作失效故障。

2.2.2 屏蔽電傳動裝置故障

屏蔽電傳動裝置常見故障有電機電壓不足不能啟動、電機燒毀、電機絕緣電阻不良3 種，3 種故障均會導致閥門出現(xiàn)無動作的現(xiàn)象。

（1）電機不能啟動。原因為電機電源缺相或沒有接通電源、電壓過低會造成電機無法啟動。就地檢查3#、4#閥門電源連接正常，檢測電壓沒有缺相現(xiàn)象，電機沒有短路故障，故排除電機電壓不足的可能。

（2）電機燒毀。電動閘閥長時間連續(xù)運行或長時間堵轉工作，容易造成閥門電機燒毀致使閥門無法動作。現(xiàn)場拆卸電機，檢查電機無損壞，檢測電機引線與外殼電阻值為12 MΩ，故排除電機燒毀的可能。

（3）電機絕緣不良。電動閘閥隨著系統(tǒng)管線走向分布，分布于空間狹小、潮濕地帶，閥門電機很容易受潮造成電阻降低甚至發(fā)生內部短路或漏電現(xiàn)象使該閥門無法正常動作。就地對3#、4#閥門電機進行檢測，電阻分別為83 MΩ 和52 MΩ，絕緣值正常，故排除電機絕緣不良故障。

2.2.3 位置指示器故障

安全注射系統(tǒng)運行期間，由于泵體產生的振動較大，對閥門各零部件的傷害有很大影響，容易造成管線和零部件脫落、損壞，造成信號傳遞故障，出現(xiàn)實際閥位與反饋信號不對應的現(xiàn)象[2]。

（1）位置指示器接線端脫落。閥體動作帶來的振動容易使接線端松動致使位置指示器接觸不良造成閥位信號無法正常發(fā)送，閥位控制機構無法給出閥開（閥關）到位信號，閥門無法動作。現(xiàn)場檢查3#、4#閥門位置指示器連接線路均沒有松動、脫落現(xiàn)象，故排除位置指示器接線端脫落的可能。

（2）石墨襯套破損。石墨襯套在位置指示器中起到密封、防磨損和潤滑和閥位信號的傳遞作用。閥體動作振動過大容易造成石墨襯套破裂、損壞，當石墨襯套內壁有裂紋或內徑磨損0.20 mm以上[3]會致使位置指示器接收不良，閥位控制機構無法接收信號，閥門停止動作。現(xiàn)場拆卸3#、4#閥門位置指示器，將石墨襯套拆卸下來，發(fā)現(xiàn)3#、4#閥門的石墨襯套內壁分別有不同程度的破損情況（圖1）。

圖1 石墨襯套

3 問題處理及驗證

根據(jù)故障分析可知，石墨襯套破損是導致全封閉電動閘閥無法動作的原因，通過對3#、4#全封閉電動閘閥石墨襯套進行更換，之后分別對3#、4#全封閉電動閘閥進行遠程關閥、開閥試驗，閥門均動作正常，閥關和閥開指示燈均亮，3#、4#閥門開關閥時間如表2 所示。其中，關閥時間、關閥燈亮、開閥時間和開閥燈亮時間均不應大于20 s。

表2 全封閉電動閘閥啟閉試驗記錄（更換襯套后）s

根據(jù)閥門試驗數(shù)據(jù)與現(xiàn)場操作人員對石墨襯套的檢查，由于閥門石墨襯套破損，導致閥門的閥位信號無法傳遞給位置指示器，故位置指示器接收不到信號反饋，致使閥門停止動作。更換3#、4#閥門的石墨襯套后，閥位信號能及時反饋至位置指示器，閥門動作恢復正常，閥門信號燈恢復正常。

4 結論

本文根據(jù)全封閉電動閘閥關閥不到位異常情況進行分析，從閥門結構和工作原理出發(fā)，設計方案對閥體各部件進行檢查。全封閉電動閘閥關閥不到位的根本原因是石墨襯套破裂。通過更換石墨襯套，恢復了全封閉電動閘閥的正常使用。

對于石墨襯套破損問題導致的全封閉電動閘閥無法動作的問題，未來石墨襯套的研究焦點可以重點關注以下兩個方面。

（1）隨著市場對電動閘閥的要求越來越高，新型石墨復合材料必然是研究的重點內容。

（2）在未來工作過程中，石墨襯套將面對更為復雜的工作環(huán)境，有效的維護保養(yǎng)能延長石墨襯套的使用壽命，相應的維護策略也是發(fā)展的一個重要內容。