AP1000安全壳隔离阀无法开启问题原因分析

余工乔

摘 要：安全壳是核电站防止放射性物质泄漏的最后一道屏障，技术规格书要求核电站所有的安全壳隔离阀必须是可运行的。三门核电一期工程安全壳净化系统使用的安全壳隔离阀为十六英寸的气动蝶阀，在阀门动作期间偶发性出现无法开启的问题。本文针对阀门不能开启的问题进行原因分析，并提出相应的处理措施，以期提升阀门可靠性保障阀门启闭功能可用。

关键词：安全壳隔离阀；先导式电磁阀；原因分析；处理措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.133

1 简介

安全壳是核电站的防止放射性物质泄漏的最后一道屏障，而安全壳隔离阀是贯穿安全壳管道的重要隔离边界，因此技术规格书要求电站所有的安全壳隔离阀必须是可运行。

本文中所针对的安全壳隔离阀为安全壳空气过滤系统中送风管道及排风管道的安全壳隔离阀，电站功率运行期间需不定期启动安全壳空气过滤系统对安全壳空气进行过滤降低放射性至可接受水平最后排放至大气。该系统的安全壳隔离阀无法开启将影响壳内空气净化进程，导致壳内放射性累积，不利于人员进入壳内开展工作，尤其是电站大修期间。

2 设备故障描述

三门现场空气过滤系统安全壳隔离阀门为气动蝶阀，阀门有失效关闭功能，失气情况下阀门自动关闭。该类型阀门共有四台VFS-PL-V003/004/009/010，四台气动阀期开启间均偶发性出现无法开启的现象，阀门解体对电磁阀进行清灰处理后重新投运阀门可正常动作，但运行一段时间以后阀门又无法开启。

3 故障原因分析

相比较其他气动阀门，该四台阀门最大的不同之处在于其电磁阀为一英寸大口径先导式电磁阀。先导式电磁阀是电磁阀中常见的种类之一，通常用于口径较大，压力较高的管道中，有着功耗小、发热少、线圈不易烧毁、可长时间通电的优点。但结构稍显复杂，可实现更高精确的控制。先导式电磁阀的开启需要先导力，当电磁阀线圈通电后，动铁芯被磁力吸合向上提升，上腔侧通过先导孔向出口腔泄压，使上腔处于低压或无压状态，此时活塞通过介质的压力推动，整个电磁阀被开启为气动阀提供压空动力。因此，在先导式电磁阀的开启需要依靠阀门上下腔的压力差。

就阀门不能有效开启问题进行诊断，以VFS-PL-V004为例，现场阀门进气压力上升缓慢，阀门动作缓慢，阀门全行程时间约为15s，不满足在役试验大纲中4-10s的时间要求。

阀门进气压力上升缓慢是由于电磁阀动作不到位，导致压空进入电动头气腔受阻。电磁阀动作不到位潜在原因分析如下：

电磁阀沾污导致阀门卡涩动作不到位：之前的气动阀无法动作后均采取清灰的方式而后回装可能是由于电磁阀上的灰尘导致动作不畅。但AP1000的压空系统设有滤网，正常情况下不会有过多灰尘，经解体电磁阀检查发现沾染的灰尘数量并不多，不足以影响阀门动作。

上游压空气体流量不足：供气量不足可能导致阀门在动作过程中供气压力降低，导致阀门在开启过程中出现开启缓慢的情况，严重的甚至会导致阀门开启过程震颤、或处于半开状态来回摆动。根据西屋公司提供的函件，阀门开启过程中压降超过10%就会导致阀门供气系统出现故障。根据西屋提供的阀门手册，安全壳隔离阀的过滤减压阀设定值为80psi，当阀门开启过程中，供气压力降低至26.4psi，压降值高达67%。另，在西屋设计中阀门VFS-PL-V003/010共用一个DAS过滤减压阀，而阀门VFS-PL-V004/009共用另一个DAS过滤减压阀。经过多次阀门开启及关闭试验发现，阀门无法开启的现象多出现在同一压空管线上两道阀门同时开启的期间。

综上，初步分析阀门无法开启的原因为阀门压空供气量不足。

4 纠正行动及措施

鉴于阀门不能开启的根本原因为供气量不足，考虑如下纠正措施：

（1）更换先导式电磁阀供气方式：现场使用的先导式电磁阀有两种进气方式“内先导”和“外先导”，电磁阀内先导孔口径为3/8英寸，而外先导孔口径为1英寸，当前现场使用的供气方式为内先导。将电磁阀供气方式改为外先导后，可有效减少流阻增加压空流量。经现场验证，供气方式更改阀门开启供气压力降低有所减缓，但不满足压降值10%的要求，仅变更供气方式不能满足阀门动作需要。

（2）更改压空供气管道，原压空供气管道内径为0.5英寸，将压空供气管道改为1英寸可有效减少流阻增加压空流量。现场使用临时管道为气动执行机构提供压空气源并使用诊断装置对阀门开启状态进行诊断，同样以VFS-PL-V004为例，获取数据如下图：阀门气腔压力上升趋势增快，阀门全行程时间约为3.5s满足在役试验大纲的要求。

5 结论及建议

本文通过计算及现场阀门动作试验，分析得出安全壳隔离阀不能开启的原因，提出阀門不能有效开启的根本原因为先导式电磁阀供气量不足并提出了相应的解决方案。最终变更方案与西屋公司的解决方案一致，并在三门二号机组上试验获得成功，为一号机组装料进程提供了有力保障。

建议：

（1）将压空供气管道扩径变更方案推广至后续AP1000机组，且压空管道变更工作量大，建议纳入后续机组改进项。

（2）后续设计应尽量避免一个电磁阀控制两路气源的设计；

（3）使用大口径先导式电磁阀前，应充分计算压空流量，保证压空流量可满足阀门开启。

参考文献：

[1]ASME OM卷《核电厂运行和维修规范》[S].

[2]ANSI/ANS-56.8-2002 Containment System Leakage Testing Requirmen.