主蒸汽隔离阀常见问题及应对措施

2019-05-24胡文盛谢祖妙张潇宇

中国核电 2019年2期

胡文盛,谢祖妙,张潇宇

(福建福清核电有限公司,福建福清 350318)

主蒸汽隔离阀 (简称MSIV)是核电厂关键安全级设备，其主要功能有:1)任何位置的蒸汽管道或给水管道破裂后，主蒸汽隔离阀能在5 s内截断任一方向的蒸汽流，以维持反应堆冷却剂温度和安全壳压力在可接受范围内;2)反应堆处于热停堆状态时，主蒸汽隔离阀用来进行系统隔离，便于下游设备的检修;3)主蒸汽隔离阀及其上游管线是安全壳的自然延伸，起到第三道屏障的作用。

在某核电厂调试运行过程中，主蒸汽隔离阀出现无法开启、油压低、油压无法保持、气动泵频繁动作等问题，影响机组调试和安全稳定运行。

1 主蒸汽隔离阀简介

1.1 结构

某核电厂主蒸汽隔离阀由阀体和执行机构两部分组成。阀体为楔式双闸板闸阀，阀体阀盖采用压力自密封结构。执行机构为气液联动结构，液压驱动阀门开启;顶部半圆形腔室充满氮气，用作永不失效的弹簧，提供主蒸汽隔离阀快速关闭所需动力。执行机构液压加压装置为气动增压泵，泄压回路设计有A、B两列冗余。

1.2 工作原理

阀门具有开启、慢关、快关、局关四种动作模式。泵侧和非泵侧为冗余设计，以泵侧为例，阀门具体动作过程如下:

(1)开启模式:电磁阀117得电，其他电磁阀保持失电状态。电磁阀117得电，压缩空气驱动气动泵开始动作，克服执行机构顶部的氮气压力及摩擦力提升执行机构推杆，使阀门开启。

图1 MSIV工作原理图Fig.1 The working principle of MSIV

(2)快关模式:电磁阀117失电，电磁阀2-89得电，其他电磁阀保持失电状态。电磁阀117失电，气动泵立即停运;电磁阀2-89得电，差压阀2-28开启，液压油快速泄放至油箱，实现阀门快关，快关时间不大于5 s。

(3)慢关模式:电磁阀117失电，电磁阀2-10和2-89得电，其他电磁阀保持失电状态。电磁阀117失电，气动泵停运;电磁阀2-10得电，将节流阀2-50置于节流状态，位置开关2-27A在2-50置于节流状态后反馈信号并联锁电磁阀2-89得电，液压油通过节流阀2-50泄放至油箱，实现阀门慢关，慢关时间约为1～3 min。

(4)局关模式:在机组运行期间，需要定期对主蒸汽隔离阀进行90%开度动作试验，以验证阀门动作是否正常。动作试验前将阀门切换到试验状态，动作过程与慢关相同，但90%开度限位开关被触发后，连锁2-89失电及117得电，阻止进一步泄压，并使阀门全开。

2 常见缺陷及应对措施

2.1 主蒸汽隔离阀无法开启

2.1.1 问题描述

汽轮机非核冲转前，暖管后MSIV前后压差小于0.3 MPa，满足开阀要求。但主控触发开阀指令后，现场发现3台MSIV均无法开启。动作过程中，发现电磁阀117得电后，气泵开始运行，但换气频率逐渐降低，油压达到2600 psi(1 psi=6.895 kPa)左右时气泵逐渐停止运行，阀门无法开启。

2.1.2 原因分析

根据气动增压泵的增压比，2600 psi油压对应气动泵入口压空压力 (即压空减压阀后压力)约为43 psi，低于50.3 psi的标准气压。气动增压泵的进气压力偏低，导致液压回路压力不足，执行机构液压提升力不足，无法克服闸板与阀座之间的摩擦力，进而阀门无法正常开启。

对比发现，主蒸汽隔离阀在冷、热态期间的压空减压阀出口压力均有降低。减压阀为铝合金材质活塞式压力调节阀，出口压力由主弹簧压缩量决定，即减压阀出口压缩空气推动活塞克服主弹簧力，当出口压空作用在活塞上的力与主弹簧力相等时，阀芯受底部小弹簧力作用向上运动，最终减压阀关闭。活塞采用O型圈密封，润滑脂润滑。解体检查减压阀，发现润滑脂存在变质现象，并且活塞缸存在磨损、卡塞。

表1 减压阀设定值记录表Table 1 The record sheet of pressure relief valve settings

图2 减压阀解体Fig.2 Disassembly of the pressure relief valve

2.1.3 措施及效果

该型号的压空减压阀在运行期间普遍容易磨损、卡涩，造成阀后压力降低，导致气动泵动力不足，阀门无法正常开启。

当前临时处理方法是清理打磨活塞缸，重新添加润滑脂，可以缓解卡涩和压力低飘问题。

为从根本上解决压空减压阀磨损卡涩问题，该核电厂正在进行物项替代工作，目前已在4号机组实施，初步验证功能良好，待长期跟踪效果。

2.2 主蒸汽隔离阀油压低

2.2.1 问题描述

2017年8月22日，主蒸汽隔离阀4VVP003VV局关试验后，4VVP003VV开启油压为2800 psi，3 min后发现油压降至2650 psi，8月23日油压则稳定在2700 psi。8月24日，4VVP003VV油压降至2500 psi，调高压空减压阀定值，油压因此升至2900 psi，但在5 min内降至2500 psi，并最终稳定在2650 psi。8月25日14:30，对4VVP003VV主蒸汽隔离阀B列进行局关试验，开阀时油压达到2900 psi后10 s内降至2600 psi。

主蒸汽隔离阀油压低点接近低报值，如长期偏低，存在阀门误关、机组非计划停机停堆风险。

2.2.2 原因分析

2017年8月25日16:30，对4VVP003VV主蒸汽隔离阀A、B列泄油回路进行排查，发现B列泄油回路存在以下异常现象:关闭B列泄油回路隔离阀4VVP333VH，油压没有明显变化;开启B列泄油回路隔离阀，油压在6 min内从3180 psi降至3010 psi后稳定不变。

根据以上现象判断B列泄油回路在油路压力较高时存在内漏，即差压阀4VVP273DR和(或)电磁阀4VVP273EL、4VVP283EL内漏。

图3 MSIV B列泄漏通道Fig.3 MSIV B column leak channel

如图4所示，差压阀4VVP273DR主要靠先导油压保持密封，弹簧力较小，如果该阀密封面损坏或弹簧力不足，则会持续泄漏。同理，如果电磁阀4VVP273/283EL的密封面损伤，油系统会持续泄漏无法保压，因此判定电磁阀4VVP273/283EL弹簧力不足。

图4 差压阀工作原理Fig.4 The working principle of the differential pressure valve

对电磁阀进行失磁密封性试验，发现主电磁阀4VVP273EL功能完好，而试验电磁阀4VVP283EL，泄漏率约为5 bar/min(泄漏率两分钟后即维持不变)，超出≤1.5 bar/5 min的合格标准。

图5 试验电磁阀283EL泄漏通道Fig.5 The leakage channel of the test solenoid valve 283EL

2.2.3 措施及效果

更换试验电磁阀4VVP283EL后，开启主蒸汽隔离阀后油压不再异常降低，判定合格。

目前，该核电厂已制定电磁阀测试预防性维修项目，频度为一个换料周期，确保电磁阀可靠性。

2.3 气动泵频繁动作

2.3.1 问题描述

某核电厂主蒸汽隔离阀4VVP002VV开启到位后，其配套供油的气动泵4VVP022PO仍在持续动作，且在动作过程中存在频率不一的 “咔咔”声。气动泵频繁动作会造成泵密封件磨损，泵降级失效，主蒸汽隔离阀在进行月度局部关闭试验后将无法全开，影响机组效率;阀门全开运行期间如漏油泄压，气动泵将无法供油补偿，造成主蒸汽隔离阀意外关闭，机组非计划停堆。

2.3.2 原因分析

如图6所示，根据主蒸汽隔离阀工作原理，气动泵4VVP022PO持续动作的原因可能如下:1)气动泵本体故障;2)泄压回路存在漏点，油压降低后气动泵动作以维持油压稳定;3)进油管线存在漏点，油压降低后气动泵动作以维持油压稳定。

(1)气动泵故障排查

拆除气动泵4VVP022PO滤网，泵动作时活塞杆上下移动，说明泵在真实泵油，表明液压回路存在泄漏，油压下降后，泵启动增压泵油以稳定油压，且泵功能正常。听音确定泵体内部有“咔咔”异音，表明泵体内部可能存在异常卡涩、磨损，需解体检查。

(2)泄压回路泄漏排查

缓慢关闭气动泵的供气隔离阀4VVP205VA，气动泵停止动作，观察液压回路油压4VVP228LP读数为3700 psi，持续20 min未见降低，判断止回阀4VVP242VH下游管线无泄漏，可排除泄压回路泄漏可能。

(3)进油管线泄漏排查

综合泵故障排查和泄压回路泄漏排查，确定进油管线存在外漏，即管线接头存在泄漏 (布置在油箱内，日常不可见)。

2.3.3 措施及效果

(1)临时措施

解体主蒸汽隔离阀的油箱时发现，油箱盖板被旁边的钢梁严重挤压变形，油箱盖板连接螺栓难以拆除。部分切除油箱盖板后，发现泵的出口接头漏油，造成油路压力下降，泵频繁动作以稳定油压。进一步解体气动泵发现，活塞缸存在多道磨损划痕。

进一步分析认为，油箱盖板与钢梁严重干涉所产生的应力传导至泵体及其活塞杆，造成泵的出口接头松动漏油、活塞杆与活塞不对中而卡涩磨损，钢梁与油箱盖板干涉是主蒸汽隔离阀气动泵频繁动作的根本原因。修复气动泵后，不再产生频繁动作和异音现象。