核电厂消防水雨淋阀缺陷原因分析及对策

2015-01-14奚群周涛

科技视界 2015年11期

奚群周涛

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

0 背景

消防水系统是核电厂的重要安全相关系统之一，该系统的完整性和可靠性对电站安全起着重要的作用。

秦山三核的消防水系统水来源于现场应急水池，水池为露天布置，水池内水源为原水，水质较差。为抑制水中微生物的生长，在水池中添加了次氯酸钠等氧化剂化学药品，因此在水进入消防管道和设备时，往往对碳钢材质具有一定的腐蚀性，生成的腐蚀产物又容易造成系统管道中弯头、节流孔板、逆止阀等部件的堵塞，导致消防水系统尤其是自动喷淋雨淋灭火系统的缺陷数量居高不下，对电站的运行安全存在潜在的风险。

秦山三核的消防水系统由两台主消防水泵（非抗震）、一台消防稳压泵和两台抗震消防泵提供压力，正常运行时由稳压泵维持系统压力，设计压力为1137KPa。发生火灾时当系统压力降低时两台主消防泵将相继自动启动，而抗震消防泵则在发生地震的情况下启动供给反应堆厂房消防水。

厂房采用四种消防水灭火方式：湿式喷淋、雨淋/水喷雾喷淋、预作用喷淋等三种自动喷淋和消防栓手动灭火。而雨淋阀自动喷淋则是最主要也是最快速、有效的灭火方式，本文将着重介绍雨淋阀自动喷淋系统的运作与缺陷分析及对策。

1 秦山三核雨淋阀分类

1.1 雨淋水喷雾喷淋阀

该类型阀门由隔离闸阀和带有差压室的逆止阀组成，逆止阀阀后管线直接对空，消防喷头采用离心式雾化喷头。在现场如有火灾，两个以上探头测得温度升高后控制阀门差压室电磁阀动作，差压室中的水流出，逆止阀阀瓣直接被阀前水压冲开，进入到阀后管网中，通过离心式雾化喷头对着火区域进行灭火。主要适用于主变、厂变和启备变等高危区域。

阀门类型：STAR（美国消防水阀门生产厂家）G型 6”

图1 雨淋水喷雾喷淋阀

1.2 湿式喷淋阀

用于火灾蔓延迅速伴随高热量释放，且水渍损失较少的区域，如热交换器区。该雨淋阀由隔离闸阀、逆止阀两个阀门组成阀组，阀前阀后管道中均充满消防水，正常情况下阀后管道水压力略高于阀前，将逆止阀阀瓣压住，阀前水不会流向阀后。在火灾情况下，阀后管道中水随着消防喷头的炸裂而喷淋出去，导致压力下降，阀前水压力冲开阀瓣，进入阀后管网进行灭火。

湿式喷淋阀在三期共有三种类型，分别如下：

1.2.1 STAR MODEL F型位置：T/B（汽轮机厂房）87.5米层

1.2.2 STAR S300型厂房位置：T/B87.5米层及以上

1.2.3 VIKING MODEL J-1型厂房位置：T/B87.5m 垂直布置

图2 STAR S300型湿式雨淋阀

1.3 预作用喷淋阀

该类型阀门由手动闸阀、带差压室逆止阀和逆止阀三个阀门串连组成的阀组。阀后管网充满了低压力的空气（240kPa）。一旦发生火灾，现场探头探测到温度升高后给予第二个阀门差压室电磁阀一个信号，将差压室中水排掉，中间逆止阀打开使阀后管网充满消防水成为湿式系统。一旦消防喷头炸裂后，水能迅速喷出灭火。主要用于避免管道和喷头损坏误喷和漏水的场所，如电缆区。

阀门类型：STAR G型 4”和6”

图3 预作用雨淋阀

2 雨淋阀结构及工作原理

2.1 湿式喷淋阀结构

图4 STAR S300型逆止阀

图5 湿式雨淋阀系统

2.2 湿式雨淋阀工作原理

（1）报警试验功能：首先关闭报警截止阀（E），打开报警试验阀（G）后，消防水从止回阀阀前进入报警试验管线，进入到延迟水箱（27），冲开延迟水箱中的杠杆式阀瓣，在延迟水箱中水满后，触发上方压力流量开关报警。关闭报警试验阀，打开报警截止阀（E）后，消防水从延迟水箱另一侧疏水管线通过主疏水阀（C）流出，压力流量报警开关消报。

（2）水流报警功能：在发生火灾，消防喷头炸裂后，阀后管网水压降低，阀前水压冲开阀瓣后，通过阀座上的小眼，经过报警截止阀（E）进入延迟水箱，最终触发水流报警开关（28）报警。

（3）报警试验管线疏水功能：在报警试验管线中积水可以通过从延迟水箱连接到主疏水阀的疏水管线将余水疏尽。

（4）压力平衡管线：阀前阀后有一压力平衡管线，一旦阀前管线有压力波动，可以通过报警试验管线通过止回阀（F）回流将阀前压力引导到阀后，使前后压力保持一致。

2.3 预作用喷淋阀

图6 STAR 6”G型差压室逆止阀

工作原理：该阀门工作时差压室内有水与阀前水压相同，一旦差压室内水排出后，差压室顶杆（21）被阀前水压冲开阀瓣（7）顶出，阀前水将进入到阀后管网中。

图7 STAR 6”G型差压室逆止阀照片

图8 预作用雨淋阀系统枝剪图

预作用雨淋阀阀附件：A：主疏水阀；B：止回阀；C：报警截止阀；D：滴水止回阀；E：报警试验阀；F：差压室注水阀；G：压力表截止阀；H：Y 型过滤器；J：压力表；K：在线止回阀；L：疏水杯；M：雨淋阀；N：紧急释放阀；Q：流量报警开关；P：阀后管线低压力报警开关；34：电磁阀

2.4 预作用雨淋阀系统工作原理：

（1）报警试验功能：在正常运行情况下，打开报警试验管线，水从差压室逆止阀阀前通过报警试验阀（E）进入到报警试验管线中，触发流量报警开关(Q)报警，确认报警可用。

（2）阀后管线疏水：按住滴水止回阀（D），直到无水流出，则判断雨淋阀（M）阀后腔室内水已排干；打开主疏水阀，则直接将阀腔内的水与阀后管网中的余水排干。

（3）水流报警功能：在雨淋阀（M）阀瓣被冲开后，阀前水进入阀腔，通过止回阀（B）触发流量报警开关（Q）报警。

（4）差压室注水功能：从供水闸阀阀前通过注水阀（F）引入一道管线进入到雨淋阀差压室给差压室注水，确保差压室压力与阀前管道内压力一致。

（5）差压室排水功能：通过电磁阀（34）控制和手动紧急释放阀（N）两路来控制差压室卸压，在电磁阀故障时可以通过手动打开紧急释放阀将差压室内压力卸掉，使雨淋阀阀瓣打开。

（6）阀后管线充压和低压力报警功能：在雨淋阀（M）阀后逆止阀阀后管线连接仪用压空管线给阀后管线充压，压力一般在35～60PSI左右，该管线串联有低压力报警开关（P），前段有压力稳定装置，一旦压力低于30PSI后将触发低压力报警。

3 雨淋阀常见缺陷表现、原因分析和处理方法

经过对秦山三核2008年至2010年三年中发生消防水雨淋阀及阀附件相关的缺陷进行统计，可以发现某些同类缺陷反复出现频率较高，如果这些缺陷进行深入剖析，有利于改进并逐渐消除这些缺陷。

3.1 阀门本身

（1）滴水止回阀持续滴水：只有预作用雨淋阀和雨淋水喷雾喷淋阀有滴水止回阀，根据其工作原理判断，滴水止回阀是为了满足雨淋阀阀后阀腔内的疏水用途，正常情况下阀腔内应无水，如有水泄漏则应为雨淋阀阀瓣密封不严产生泄漏，即阀瓣未复位或阀瓣密封垫片老化损坏。

处理方法：打开雨淋阀阀盖，检查阀瓣是否复位，垫片是否老化破损，如有则更换新垫片，并将阀瓣复位，调整差压室顶杆确保阀瓣压紧度。

（2）报警试验疏水管线持续滴水：主要为湿式雨淋阀，可能的情况即报警试验管线中进水或水流报警管线中进水，因此原因也为两种：①雨淋阀阀瓣被冲开或内漏，有水进入水流报警管线；②报警试验阀内漏，导致水进入报警试验管线。

处理方法：如为第1种原因，则直接做安措更换雨淋阀阀瓣垫片，并将阀瓣复位；如为第2种原因则解体检修报警试验阀，更换阀芯垫片或直接更换报警试验阀。

（3）水流报警试验无报警：在打开报警试验阀后水压无法触发水流报警开关，在排除水流报警开关本身故障后，主要原因为报警试验上水管线发生堵塞，水无法触发报警开关。

处理方法：对报警试验管线流量开关之前管段进行排查，主要检查在线止回阀、Y型过滤器有无堵塞，一般管线发生堵塞的几率较小。

（4）水流报警无法消报：在报警开关触发后报警一直持续，无法通过主控室盘台消报，主要原因是报警试验疏水管线堵塞，消防水一直顶住水流报警开关使其无法复位。

处理方法：检查水流报警开关的疏水管线有无堵塞，主要检查该管段的在线止回阀、Y型过滤器和节流孔有无堵塞。

3.2 阀附件

（1）滴水止回阀损坏：滴水止回阀一般竖直布置，阀腔内有一钢球在重力和水压力作用下压住阀座密封，在按住阀体下方的推杆将钢球顶起后，阀腔内的水即可流出。经常发生的问题是，滴水止回阀的推杆上压紧弹簧和推杆帽在锈蚀后脱落，但不影响阀门功能。

处理方法：不处理或更换新的滴水止回阀。

（2）主疏水阀打不开或内漏：主疏水阀为角式截止阀，软密封，为避免主疏水阀内漏，操作人员经常将阀门关闭过紧，在垫片压紧过大对阀杆螺纹造成推应力后，导致阀门手动无法打开的现象，需要借助工具才能将其打开；在关闭过紧后，垫片产生压痕，再次关闭后无法密封，发生内漏缺陷。

处理方法：使用管钳或F扳手卡住手轮打开主疏水阀；如内漏则需更换阀芯垫片或整体更换阀门。

（3）报警试验阀关不紧或内漏：报警试验阀也是角式截止阀，阀芯为软密封，操作人员在关闭时为防止阀门关不严内漏，也经常关闭过紧，造成阀杆滑丝，密封垫片损坏的情况。

处理方法：更换阀芯垫片或整体更换阀门。

（4）在线止回阀内漏：在线止回阀内漏有两个原因：阀瓣未复位或阀瓣脱落，导致管线中消防水回流。

处理方法：拆下在线止回阀，对阀瓣进行复位；如发生阀瓣脱落，则直接更换阀门。

（5）管线锈蚀发生漏水：由于消防水管线本身材质，且消防水中加药对管线产生一定的腐蚀性。

处理方法：拆除锈蚀管线，更换新管线，或对螺纹处缠绕新生料带后回装。

表1 消防水雨淋阀缺陷统计

图9 缺陷占比分布

4 技术改进

根据对以上存在的主要缺陷进行原因分析，可以对该系统进行一些必要的技术改进，以减少缺陷的发生频率。

4.1 选用更加合适的雨淋阀阀瓣垫片

现有的雨淋阀阀瓣垫片部分为进口垫片，垫片材质为三元乙丙（EPDM）橡胶，较软，密封效果好，但使用年限较长，自调试期间一直使用至今，已有近9年时间，老化严重；部分垫片在发生内漏后更换为国产垫片，是根据进口垫片尺寸测绘后寻找国内厂家加工制作，无论是垫片尺寸还是橡胶材质，均无法达到原有质量，密封效果较差，部分垫片一更换上去就漏。因此，由于国外厂家已不生产，且为满足国产化要求，需要重新寻找合适的有资质的国内厂家，选用合适的橡胶材质，根据原有进口垫片尺寸测量后重新制作一批新垫片，以满足阀瓣密封的需要。

4.2 消防水水质较差，管线中锈渣较多容易造成堵塞

消防水来源于应急水池，其中加有强氧化剂，容易引起碳钢材质腐蚀。消防管线材质大多为碳钢，很多雨淋阀阀后管线为镀锌有缝碳钢管，镀锌层剥落后容易锈蚀，因此长期以来消防水中存在大量的锈蚀产物和锌化物，对雨淋阀阀附件等较细（1/2英寸）的管线、Y型过滤器、阀门等容易造成堵塞。由于更换管线材质成本巨大且需修改设计文件，因此只能从消防水源头进行改进，即采用沉淀、过滤后的消防水，并定期对雨淋阀及阀附件进行预防性维修，对管线疏通。