浅谈核电厂关键阀门的状态管理

舒芝锋，黄 萍

（核动力运行研究所，湖北 武汉 430070）

浅谈核电厂关键阀门的状态管理

舒芝锋，黄 萍

（核动力运行研究所，湖北 武汉 430070）

本文概述了核电阀门最新的分级原则，阐述了关键阀门全寿期状态管理的必要性，重点对采购／验收、安装／调试、运行阶段的阀门状态管理工作进行了详细剖析，为国内核电厂关键阀门全面实施状态管理提供了参考。

关键阀门；状态管理；诊断；监测

1 核电阀门概述

不管是哪种类型的核电厂，都会大量地使用阀门。其中，最受关注的是在核电站应用广泛、与安全及经济运行密切相关的能动阀门，主要包括以下3类：

（1）电动阀 （MOV）

电动阀分布在核电厂的各大系统中，一般起隔离边界作用，与系统安全息息相关，主要包括核级电动闸阀和电动截止阀。这些作为隔离边界的电动阀的性能好坏直接关系到核电厂的安全运行指标，是保障机组安全稳定运行的关键设备。

（2）气动阀 （AOV）

气动截止阀大部分被用作安全壳隔离阀，内部介质多为一回路介质，承担着防止放射性物质泄漏的重任，其可靠性和功能完备性直接影响到核电厂的各项安全指标。

气动调节阀在核电厂的核岛主辅系统及三废系统、常规岛中都有广泛的应用，主要包括工艺过程中的流量、压力、温度、液位等参数的自动控制。其性能好坏直接关系到核电厂的经济运行指标，某些安全系统中的气动调节阀失效后还会导致严重的安全事故，可见关键气动调节阀是保障机组安全、稳定、经济运行的重要组成部分。

（3）电磁阀 （SOV）

电磁阀用于实现对管路中的介质进行通断、切换、分配等过程的自动控制，具有结构简单、体积小、质量轻、响应时间短等优点，被广泛应用于核电厂工艺管道和仪表管线。部分关键电磁阀在使用时若出现动作时间超差、泄漏、拒动、卡涩等故障，将会引起核电厂相关设备或系统的正常运行，甚至造成重大事故。

对上述阀门实施状态管理，可有效提高维修效率，节约维修经费，并保障这些阀门的可用性和可靠性。状态管理可涵盖阀门采购和验收、安装和调试、运行等全部环节，根据各环节的不同特点和核电阀门分级要求，通过在线监测、故障诊断测试、预防性维修等手段对关键阀门实施不同维修保障内容的技术性管理。同时，核电厂在此基础上建立动态数据库，存储阀门在整个寿期内的状态数据，可进行全寿期状态管理。

2 核电阀门分级

为合理分配维修资源，依据INPO AP－913中设备分级原则［1］，综合考虑设备风险重要功能、电力生产重要功能以及维修经济性等因素，将核电厂阀门分成了4个等级：既

1）高关键设备 （CC1）：主要是对核电站安全起重要意义的设备；

2）关键设备 （CC2）：主要是对核电站安全起次要意义但对电站出力具有重要影响的设备；

3）非关键设备 （NC）：主要是影响维修策略和工业安全且设备价值量高需引起关注的设备；

4）故障检修设备 （RTF）：无需进行预防性维修，无需赋予过多关注的设备。

进行设备分级的同时也根据阀门工作频度和工作环境的情况进行分组，工作频度分为工作频度高、工作频度低两类，工作环境分为工作环境差、工作环境好两类。再根据关键性级别、工作环境和工作频度三者之间的不同组合将阀门分为不同的组，如表1所示。

针对不同等级的阀门，相应选择的维修策略也不同：关键阀门 （CC1和CC2级）采用状态监测、趋势分析、预防性维修为主；N级阀门采用预防性维修为主，纠正性维修为辅的方式；RTF级阀门采用纠正性维修的方式，不需要制定预防性维修项目。

表1 阀门分级分组示例Table 1 Valve grading

3 关键阀门的状态信息管理

关键阀门状态信息管理的目的是为了确保阀门各种参数信息的正确性、完整性，并确保其安全和使用于生产的有效性，包含阀门的基础信息和数据、偏差和不符合项记录、维修和变更记录、安装及调试过程中的历史记录和维修记录等信息、阀门各部件的设定值、各项性能参数等。在此基础上，核电厂可建立关键阀门信息数据库。

3．1 采购 ／验收阶段

此阶段首先须收集阀门资料数据，建立基础数据库，至少需收集以下资料：

1）设计分类；

2）设计参数；

3）阀门设计选型计算书；

4）阀门结构参数；

5）阀门材料力学性能及检测报告；

6）执行机构结构参数；

7）阀门运输、安装、存储、维修手册；

8）阀门初始状态设定值；

9）阀门出厂试验及性能测试报告。

建立基础数据库后，需根据阀门设计运行条件，结合阀门的实际结构参数，检查阀门的设计选型计算，验证阀门的各项性能参数是否满足运行要求，如阀门设计密封力、开关行程距离和时间等。针对要求在事故工况下工作的阀门，还需校核在事故工况条件下阀门的性能。如核电厂在事故条件下只能提供80%的电压，需验证阀门是否还有足够能力正常关闭和开启。

3．2 安装 ／调试阶段

在阀门的安装及调试阶段，由于阀门还处于全新阶段，可认为此时是阀门的最佳状态，需全面记录阀门在现场的状态参数，作为今后阀门使用维修后的参照对比标准。同时，也可根据现场测试的阀门性能参数，及时发现阀门故障，提前进行相应维修、改造或更换，以消除隐患，减小损失。

在此阶段需记录阀门的安装、调试过程，存储阀门状态试验数据，完善阀门状态数据库。至少需收集以下信息：

1）阀门现场安装信息：阀门现场安装位置图、电路／气路连接图、改造维修记录等；

2）阀门现场试验报告：无损 （射线、超声、液体渗透、磁粉、氦检漏等）检查报告及记录、阀门性能测试报告及调整记录。

3．3 运行阶段

3．3．1 制定预防性维修大纲

在阀门运行阶段，首先需制定基于阀门状态的维修大纲，明确基于阀门状态维修的原则和实施要求。即以阀门状态监测技术为基础，将纠正性维修、基于时间的预防性维修和基于状态的预防性维修相结合，确定维修任务。在维修任务中，基于状态的预防性维修任务建议占最大比例 （50%）；基于时间的预防性维修任务量居其次 （35%），主要是针对阀门中的易损件，如密封O环、隔膜、弹簧等，结合阀门厂家建议的失效周期及现场实际情况相结合，确定维修周期，同时维修任务应该是局部性的；纠正性维修任务以运行中实际出现故障的阀门为准，数量应占阀门维修 （维护）任务量的最小比例（10%）。

3．3．2 实施阀门状态维修

阀门状态检测是实施阀门状态维修的核心，为状态维修工作提供直接依据和数据支持，主要包括在线监测、故障诊断测试、泄漏检测等技术手段，具体如下：

（1）在线监测：阀门在线监测技术主要依靠阀门执行机构、阀体、电气附件等部件中的传感器，对阀门主要运行参数进行在线监测，分析出阀门部分性能参数，初步判断阀门是否存在异常或故障，为后续维修提供依据，不同类型阀门的监测参数也不同：

1）电动阀：直接监测电机电压 ＆电流、控制＆指示灯开关的动作逻辑、阀杆推力＆扭矩、阀门开度等；

2）气动阀：直接监测气压 （供气气压、隔膜气压、定位器 ＆I／P （即电气转换器）＆ 流量放大器等附件 （如有）气压）、阀门开度、控制信号等；

3）电磁阀：直接监测线圈电压、电流、温度等。

（2）诊断测试：使用阀门诊断设备检测阀门和执行机构的各项性能参数，诊断阀门是否存在故障，并根据设计及运行要求，对阀门整体状态进行状态评价，提前发现阀门潜在的故障和降质情况，为维修工作提供直接依据，提前安排维修消除阀门故障，使其工作状态性能满足设计及运行要求，不同类型阀门的诊断测试内容也不同：

1）电动阀：测试电机电压＆电流、控制＆指示灯开关的动作逻辑、阀杆推力＆扭矩、阀门位移＆碟簧动作偏移量等4类参数，诊断评价电动阀的密封性能、动作性能等综合性能；

2）气动截止阀：测量隔膜气压、阀门位移、阀杆推力等3类参数，诊断评价气动截止阀的密封性能、行程距离及开关时间、弹簧Benchset及线性度等；

3）气动调节阀：测量气压 （定位器供气气压和输出气压、隔膜气压、I／P输出气压（如有））、阀门位移、阀杆推力等3类参数，诊断评价气动调节阀的调节性能、密封性能、气动执行机构性能、定位器及I／P性能、弹簧Benchset及线性度等；

4）电磁阀：测量电磁阀各端口的压力、线圈电流＆电压，诊断评价电磁阀励磁／失磁密封性能、启动／停止特性、动作时间、最小工作电压、线圈冷热态阻抗等。

（3）泄漏检测：使用无损检测技术或打压试验工具来检查阀门实际是否存在泄漏，间接检查阀门密封结构的完整性和有效性，主要包括红外热成像技术、声发射技术，打压试验工具等。

基于阀门状态的预防性维修的关键是首先对关键阀门进行状态检测，根据实测结果分析判断阀门状态，确定阀门检修方案。如阀门性能状态良好，则只需记录阀门各项性能参数及曲线即可；如无较大问题，通过调整设定参数就可达到标准状态，则只需根据测试参数对阀门进行调整即可；如存在较大问题，则需锁定故障，制定针对性的维修方案，实施现场维修活动。

在实施纠正性维修和基于时间的预防性维修时，首先也需进行阀门状态诊断测试，确定故障原因，确定是否还存在其他故障或隐患，需追加维修项目，根据实测阀门状态制定或调整维修方案，实施阀门现场维修。

在现场维修活动结束后，还需再次进行阀门状态诊断测试，并对阀门的设定参数进行设定调整，将各项设定值调整到规定范围。调整完毕后再进行整体性能测试试验，可等同于品质再鉴定试验，最后还需通过功能再鉴定试验。

3．3．3 完善阀门状态管理数据库

在运行阶段，需记录在阀门上实施过的维修、维护工作，包括但不限于以下几点：

1）运行期间状态异常报告；

2）阀门性能诊断测试试验报告：测试的性能参数、曲线、分析结论及维修建议等；

3）阀门维修过程记录；

4）零部件的维修及更换记录；

5）维修后品质、功能再鉴定报告。

3．3．4 优化预防性维修大纲

阀门预防性维修大纲经过一段时间实施后，对多次测试获得的阀门性能参数和曲线进行趋势分析，并将分析结果用于预防性维修大纲优化，流程如图1所示。尤其是对基于时间进行预防性维修的阀门，可根据现场实测的阀门性能情况，如发现其性能降质较严重，则需缩短维修周期，并考虑采取有效措施应对造成阀门降质的因素；如检测发现阀门性能仍保持较好水平，则可适当延长维修周期，加强监测，在阀门性能出现较大问题前安排维修，有效节约维修成本。

图1 关键设备状态管理实施流程图Fig．1 The procedure of critical valve condition management

4 结论

根据国内核电中长期发展规划的要求以及核电 “自主发展”和 “走出去”的战略目标，核电关键技术国产化迫在眉睫。核电关键阀门国产化工作虽然取得了阶段性进展，但仍存在巨大的提升和发展空间。同时，国内核电站大量采用的进口关键阀门在实际运行中也出现过较多缺陷。为了核电安全、稳定、经济地运行，对国产关键阀门实施全寿期状态管理将有效提升核电站关键阀门的管理的提升，并大力促进我国核电关键阀门的设计制造水平，为我国核电事业进一步发展贡献力量。

［1］INPO AP－913：Equipment Reliability Management［R］．

［2］黄萍，等 ．核电厂关键阀门状态管理规范改进研究报告 ［R］．

Preliminarily Discussion on Condition Management for Critical Valves in Nuclear Power Plants

SHU Zhi－feng，HUANG Ping
（Research Institute of Nuclear Power Operation，Wuhan，Hubei Prov．430070，China）

This paper introduces the latest grading principle for valves in nuclear power plants，and describes the necessity of condition management for critical valves．The valve condition management in the purchasing，acceptance，installation，commissioning and operation phase is analyzed in details．It provides reference for the domestic nuclear power plants to implement the valve condition management．

critical valves；condition management；diagnostic testing；monitoring

TM623 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0362－05

TM623

A

1674－1617 （2017）03－0362－05

10．12058／zghd．2017．03．362

2017－05－13

舒芝锋 （1983—），男，湖北监利人，工学硕士，工程师，现主要从事核电设备状态检修技术研究工作。 （E－mail：shuzf＠cnpo．com）

（责任编辑：白佳）