三门核电汽轮机旁排阀特点及比较分析

摘要：三门核电汽轮机旁排阀由日本CCI K.K.公司设计制造，为失气关式气动调节阀，但该阀与国内电站常用的气动截止阀有较大差别，尤其是执行机构部分。文章通过与国内其他核电站使用的旁排阀进行比较，介绍了该阀的独特性，并结合其特点，对该阀的故障进行预测分析，为后续维修提供参考。

关键词：三门核电；汽轮机；旁排阀；反作用式气动调节阀；执行机构 文献标识码：A

中图分类号：TK263 文章编号：1009-2374（2015）18-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.038

1 概述

核电厂的汽机旁路排放系统（TBS）主要用于机组正常运行工况（包括启动和停机）和非正常瞬态（汽机跳闸、阶跃降负荷）时提供主蒸汽旁排，将主蒸汽从主蒸汽母管排向凝汽器。旁排系统必须有足够的容量，使得发电机并网时反应堆不会因蒸发器水位波动过大而导致停堆。同时，旁排系统还要有足够的瞬态响应能力，以应对甩负荷、汽轮机紧急停机或者反应堆紧急停堆等事故工况。因此，为了满足上述要求，作为汽机旁路排放系统的主设备，汽机旁路排放阀（旁排阀）需要具备快开、快关和调节功能。

2 各核电厂旁排阀的比较和优缺点分析

2.1 国内相关电厂旁排阀比较

汽机旁路排放系统作为安全相关系统是核电厂设计过程中不可或缺的一个环节，而旁排阀作为该系统的关键设备，其性能的稳定性对该系统乃至整个机组的运行都至关重要，因此各电厂对于旁排阀的采购和维护要求都比较高。虽然国内阀门生产制造已经形成一定规模，但是对于这种高参数、高质量要求的阀门，国内仍然无法生产。因此，对于旁排阀，国内各核电厂均采用从国外成套采购的方式。比如秦山一期采购的是瑞士Sulzer的产品，秦山二期和秦山三期采购美国CCI公司产品。这些阀门在阀体、控制模式和安装方面均有所差异。简略对比见表1：

2.2 旁排阀优缺点分析

秦山一期采用液压驱动是因为该阀采用套筒式阀体，属于单级降速，阀门受介质的冲击力大，需要很大的驱动力才能控制阀瓣的升降调节。如果采用气动控制势必要设计很大的气缸才能满足要求，而采用液压驱动只需要较小的液压缸即可。另外，液压驱动还有动作平稳、准确和噪音小等优点。当然，液压驱动也存在着制约因素，由于液压油自身的粘性和流动速度的相对缓慢，因此同等条件下，液压阀的响应时间会慢一些，一期旁排阀的快速开启时间为3s，快速关闭时间为5s，全行程调节时间为20s。而且液压驱动对液压油的品质要求比较高，如果油内含有杂质，就可能会发生因细小颗粒卡阻密封通道引起内部漏油，导致控制混乱。

二期、三期迷宫式旁排阀由于阀芯的阻尼降速，阀门受到的冲击力相对较小，所以采用气动驱动。气动驱动的显著优点是响应速度快，这点从动作时间可以看出，以三期旁排阀为例，快速开启时间小于1s，快速关闭时间小于3s，全行程调节时间小于15s。气动驱动的气源来自电厂统一使用的压缩空气，由于仪用压空用户较多，因而压空系统的稳定性和压缩空气质量将直接关系到控制性能。此外，气动控制的噪音要远大于液压控制。

三门核电采用套筒式气动控制截止阀，该阀门采用了直通式的先导小阀和主阀结构，在阀门启动过程中，先导小阀先动作，然后带动主阀，减小了阀门的开启力，所以驱动机构采用了特殊型式的加强型反作用式气动执行机构。

3 三门核电旁排阀分析

3.1 结构特点

三门核电的旁排阀由日本CCI K.K.公司生产，为AB100型。该型号阀门是CCI公司为重工业和特殊应用场合而设计的控制阀，适用于ASME4500磅的压力和温度等级。目前，该型号阀门在日本诸多核电站均有使用。

该阀门主要分为执行机构和阀门本体两部分。执行机构为气动控制，阀门本体采用套筒式截止阀。

该阀门手轮采用顶部安装的方式，目的是在压缩空气失效时，可以使用手轮机构对阀门进行操作。当需要使用手轮打开阀门的时候，旋转手轮，将手轮机构的驱动杆向下移动，平时该驱动杆处于上限位。

该阀门为反作用式气动截止阀。所谓反作用，即该阀门为气缸上部进气，但为气开阀。因为阀门的膜片盘、间隔套、支架和阀体固定在一起，当有压缩空气进入膜片上腔室时，膜片盖受力，带动膜片底座、轭架克服弹簧力上升，驱动力通过阀杆连接器传递给阀杆和阀芯，进而开启阀门，见图1所示：

这种执行机构的主要特点是阀门在打开或关闭时能够直观地看到执行机构气缸移动。另外，鉴于膜片的有效面积上没有螺纹孔，膜片整体塑造而成，并且膜片圆周在膜盒与膜片盘之间折叠成圆弧状，因此在动作过程中，能够保持有效面积的恒定。同时，由于膜片是整体塑造而成，且没有螺纹孔，增加了气缸密封的可靠性。

3.2 其他特点

由于旁排阀为反作用式气动截止阀，阀门的膜片盘、间隔套、支架和阀体固定在一起，因此应为该阀门提供足够的安装空间，且气缸上方严禁摆放重物。另外，由于弹簧一直处于压缩状态，驱动机构本体的拆卸非常危险，且需要专用工具。

该旁排阀采用的阀门口径为12英尺，考虑到大流量与高压差条件可能造成控制、振动、噪音等方面的问题，在阀门结构上进行了优化，比如阀笼采用多孔阀笼、轭架使用加强型轭架。

阀体采用了先导小阀加主阀的结构，在阀门动作时借助流体自身的压力共同开启主阀，减小了动作阀门所需的推力，优化了阀门结构。

为了避免操作控制附件时产生振动，对阀门产生影响，除了限位开关、定位器反馈单元外，其他仪控附件都安装在独立的控制面板上。

4 故障预想及维修

旁排阀作为汽机旁路排放系统的关键设备，其性能稳定，功能正常直接关系到整台机组的运行业绩，因此结合气动阀常见故障，同时兼顾该阀本身的特点，分析该阀后续运行过程中可能出现的故障及处理方法，为设备的可靠性提供保障就显得尤为重要。

4.1 接到控制指令后阀门不动作

如果旁排阀在收到控制指令后阀门没有动作，应从三方面考虑，供气系统问题、控制系统问题和阀门本身问题，并逐一检查和排除。

首先供气系统，检查供气隔离根阀是否打开，过滤减压阀压力设定值是否正确；然后检查控制系统，包括四个电磁阀的得失电状态是否正确、是否发送正确的控制指令、定位器的设置是否正确（比如自动校验后未把定位器设置到在线状态）等；最后检查阀门本身问题，气缸底部是否有异物卡在阀门支架上、手轮位置是否正确等。

4.2 行程不足

如果阀门行程不足，则首先考虑气源压力是否充足、控制指令信号是否正确、手轮是否在中性点、气缸底部或者阀体内是否有异物，如果问题仍没有排除，则断开气源和电源，然后使用手轮操作阀门，观察是否能够达到全行程。

4.3 阀门动作过程中震荡、抖动

阀门动作过程中有震荡、抖动的现象可以从两方面考虑问题：一是控制系统；二是阀门本身。控制系统主要看定位器设置是否正确、气动放大器设置是否正确；阀门本身的话，则首先检查填料螺栓的力矩，如果力矩合适，则需解体阀门，检查各滑动面。

5 结语

旁排阀作为机组正常运行工况（包括启动和停机）和非正常瞬态（汽机跳闸、阶跃降负荷）时提供主蒸汽旁路排放的关键设备，其性能稳定对机组至关重要。本文通过比较秦山核电站和三门核电站旁排阀的异同，分析各型号旁排阀的优缺点，结合三门核电旁排阀的特点对该阀门可能出现的故障及维修方法进行了探讨。目的是在充分了解国内电厂旁排阀特点的基础上，提高三门核电旁排阀的检修质量、检修可靠性和检修效率。

参考文献

[1] 蒲小勤.秦山核电站蒸汽旁排阀的比较研究[J].云南电力技术，2005，（2）.

[2] 阮国萍.重水堆核电站主蒸汽旁排阀故障分析和应对策略[J].核科学与工程，2006，（2）.

作者简介：王雷刚（1987-），男，江苏连云港人，三门核电有限公司助理工程师，研究方向：气动阀的调试、诊断及日常维护。

（责任编辑：黄银芳）