方家山核电站高加抽汽管道疏水阀频繁动作原因分析及处理1)

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300)

在汽轮机高压缸上只有一个HP6高压加热器抽汽口，抽汽口经过一个总抽汽电动逆止阀AHP001VV后，分成两路，经过一个气动抽汽逆止阀和一个电动隔离阀向HP6A和HP6B高压加热器供汽，如图1所示。

高压加热器抽汽管道是由φ610 mm×14.27 mm和φ457 mm×12.7 mm的管道组成(管道长度约50 m，弯头约8个，阀门3个)；蒸汽在抽汽管道内行进的过程中，遇到温度稍低的管壁、弯头或阀门时，会凝结成凝结水，所以在抽汽逆止阀(AHP103、203VV)的前、后抽汽管道上安装疏水罐，对抽汽管道内的凝结水进行疏水。疏水罐的疏水有两路设计，一路疏水经过疏水罐直接排放至集水漏斗后放水至SEK系统；另一路疏水通过疏水罐液位计控制的气动疏水阀(如AHP520、507、530、512VV)直接排放至凝汽器疏水集管；另外在疏水罐疏水阀也设置了旁路疏水，旁路疏水是通过倒置桶式疏水器[1]进行疏水，以减少疏水阀的动作次数。正常运行情况下，疏水罐的疏水主要是靠旁路疏水器进行疏水，在疏水器疏水来不及时启动气动疏水阀进行疏水。

1 抽汽管道疏水阀的结构与原理

HP6高加抽汽管道疏水阀1/2AHP507/512/520/530VV为美国FLOWSERVE公司生产的Y型直通式气动截止阀，现场安装为阀门进出口水平安装；其执行机构设计为“气关式”。当加载关闭信号时，定位器通过电磁阀进气至气缸的上腔，推动隔膜向下关闭阀门；当加载开启信号时，定位器通过电磁阀失电排气，使阀门在弹簧力(阀门关闭时，气缸内的弹簧处于压缩状态)的作用下迅速开启。疏水罐疏水阀的结构如图2所示。

图1 HP6高压加热器抽汽系统流程图

图2 1/2AHP520VV气动疏水阀结构图[2]

疏水阀的阀体主要由Y型阀体、阀杆、阀芯、阀座、螺纹式阀盖等部件组成，其中，阀芯是通过卡销和阀杆下部凹槽(卡销固定后焊死在阀芯侧面)固定在阀杆上，阀芯可旋转和微量的晃动，从而满足阀芯的自动对中找正。

2 阀门故障描述

长期以来，方家山核电站1、2号机组HP6高压加热器抽汽管道疏水阀多次出现阀门频繁开启的缺陷；以1/2AHP520VV日常期间所报缺陷统计数据可知，疏水阀频繁开启的缺陷次数达到14次，其中以2AHP520VV疏水阀动作最为频繁，约90 s动作一次，如图3所示。

疏水阀的异常频繁动作会导致阀门的寿命降低，同时会引发其他形式的缺陷，如填料漏水、气缸隔膜漏气、阀杆拉毛、阀芯吹蚀严重、阀后管道焊缝裂纹等，具体数量统计如图4所示。其中，除了阀门频繁动作缺陷外，填料漏水缺陷出现的频度最高，为8次。另外，据内、外部经验反馈，福清1～4号机组、红沿河核电站5、6号机组HP6高压加热器抽汽管道疏水阀也同样出现上述的问题。

图3 2AHP520VV抽汽管道疏水阀动作情况示意图

图4 1/2AHP520VV疏水阀故障统计

3 故障原因分析

HP6高加抽汽管道疏水阀多次出现阀门频繁动作的故障，可能导致疏水阀多次出现上述故障的原因有很多。本文主要从疏水阀的结构、系统运行工艺参数、疏水阀旁路疏水器的疏水能力，疏水管线布置等方面进行详细分析，找出疏水阀频繁动作的根本原因，为后续缺陷的处理提供参考依据。

导致抽汽管道疏水阀频繁动作的可能原因有：

1)疏水器的滤网或出口阀可能被异物堵住，导致疏水器的疏水能力降低。

2)抽汽管道疏水阀的旁路疏水器本身的疏水能力不足，凝结水无法及时排出。

3)旁路疏水器距离疏水罐的距离较远，弯头较多，管径较小，导致压降较大，可能会在疏水器的前端产生闪蒸，增加了气阻，导致疏水器的疏水能力降低。

通过对旁路疏水器的全面解体，发现滤网干净、疏水器内部的出口阀阀座位置无异物，故排除异物堵塞疏水器的可能；故以下重点从旁路疏水器的疏水能力和疏水管线的布置等两方面进行分析。

3.1 旁路疏水器的疏水能力不足

根据疏水罐的直径(0.273 m)和液位计的高报、高高报的定值计算抽汽管道疏水阀旁路疏水器2AHP002PU分别投入和被隔离时两种工况下疏水阀2AHP520VV的疏水量，两者相减即可得出旁路疏水器的实际疏水量。另外，根据HP6抽汽管道的蒸汽流量和湿度，可计算出抽汽管道的凝结水量。并通过将疏水器的实际疏水量和抽汽管道的凝结水量进行对比分析，当疏水器的疏水量大于抽汽管道的凝结水量，则表示疏水器的疏水能力能够满足要求，反之则疏水器的疏水能力不足。两种工况下2AHP520VV的动作情况参数如表1所示。

表1 两种工况下2AHP520VV的动作情况参数

根据抽汽管道凝结水量的经验计算公式：C=流量×湿度×20%；其中，20%为预测析出的疏水量百分比。表2是由华东电力设计院给出的HP6抽汽管道在汽机不同负荷下的疏水量，在汽机满负荷运行情况下，第六级抽汽管道的凝结水量达到6.65 t/h。

表2 HP6抽汽管道在汽机不同负荷下的疏水量

由表2可知，旁路疏水器2AHP002PU的实际疏水量要远小于抽汽管道的凝结水量，所以疏水器的疏水能力不能满足现场抽汽管道的疏水要求，即现有的疏水器的疏水能力不足。

3.2 疏水管线布置不合理

抽汽管道疏水阀及其旁路疏水器所在疏水管线的长度、管径、弯头、三通、阀门等都会不同程度的增加冷凝水的流阻，其中，管线越长、管径越小、弯头三通阀门等数量越多，流体的流阻越大，在管线中形成的压降也就越大。由于管线中的介质为饱和凝结水，饱和凝结水减压时会形成闪蒸蒸汽，会在疏水器的进口形成气阻；而倒置桶型蒸汽疏水器是利用冷凝水和蒸汽的密度差来进行工作的，蒸汽进入倒置桶内时，疏水器的出口阀关闭，导致无法正常进行疏水，从而影响了疏水器的疏水能力。由3.1小节分析可知，旁路疏水器2AHP002PU的实际疏水量为0.5 t/h，小于其设计疏水量0.9 t/h，该结果也验证了管线布置对疏水器疏水能力的影响。所以在疏水器选型过程中要预留一个2～3倍的安全系数，且疏水器尽量要靠近疏水罐来安装。表3所示的是2AHP002/003/005PU疏水器所在管线的一些特征参数。

表3 2AHP002/003/005PU疏水器所在管线的特征参数

由表3可知，2AHP002PU疏水器至第六级抽汽管道疏水罐的总长度达到35 m，该段管线中弯头数量达13个，截止阀1个，三通1个。另外，疏水器旁路的管径通过变径三通由DN50 mm变成了DN40 mm。

另外，从表3中可以明显看出，HP6高加抽汽管道疏水管线中同型号疏水器，同样的疏水管径，在管线较短和弯头数量较少的疏水管线上，疏水阀两次动作间隔的时间较长，说明所在管线的疏水器的疏水能力稍强一点。

从上述分析可知，疏水管线布置不合理(即疏水管线长、弯头较多等)确实可能降低了疏水器的疏水能力。

3.3 其他故障缺陷的原因分析

除了疏水阀频繁动作的缺陷外，由阀门频繁动作导致的其他故障缺陷还有：阀后管道焊缝裂纹、气缸隔膜损坏、填料漏水，阀杆磨损、阀芯吹蚀等。

以动作频度最高的疏水阀2AHP520VV为例来进行分析。由表3可知，从上一次阀门的关闭到下一次阀门关闭的间隔时间大约为100 s。按照方家山机组短燃料循环(大约300 d)的时间来计算，在一个短燃料循环周期内该阀门大约需要动作259 200次。任何一个阀门如此频繁的动作，都会大大降低阀门的性能和各部件的寿命，从而以不同的缺陷形式表现出来。下面逐一对上述的故障进行简单分析。

抽汽管道疏水阀阀后管道如图5所示，是一个三通，水平出口端被焊接式封头堵死，出现裂纹的焊缝位于三通下方出口与管道的连接处。

图5 抽汽管道疏水阀阀后管道示意图

HP6高压加热器抽汽管道疏水阀在系统上的实际运行参数如表4所示。

表4 HP6高加抽汽管道疏水阀系统工艺参数

由表4数据可知，该阀门的前、后压差约为1.8 MPa，温度约为218 ℃，在阀门开启的一瞬间，管道内的水会出现闪蒸现象，导致阀门及管道振动大，并对阀后管道焊缝产生冲击；另外，疏水阀异常频繁动作，使得焊缝出现疲劳裂纹；同样，高速蒸汽对阀芯、阀座产生吹蚀。

阀门的频繁动作使得气动执行机构中的隔膜寿命降低，尤其是在推杆和隔膜连接处易对隔膜造成损坏。

疏水阀阀门的结构为Y型，阀杆倾斜安装，阀杆的重心下移，在疏水阀不断的开关过程中，使得阀门填料磨损严重，导致阀门填料漏水；填料磨损后，阀杆偏离疏水阀螺纹阀盖的中心，导致阀杆与螺栓阀盖的中心孔摩擦，从而导致疏水阀阀杆的磨损、拉毛。

4 故障处理

根据上述的原因分析结果可知，疏水阀的频繁动作主要是由于疏水阀的旁路疏水器疏水能力不足和疏水管线布置不合理导致的。所以根据分析结果针对性的提出有效的解决方案，如疏水阀旁路疏水器换型来提高疏水阀旁路的疏水能力，通过疏水管线的合理布置，来降低管线压降和流阻对疏水器疏水能力的影响。

4.1 提高旁路疏水器的疏水能力

根据3.1节分析可知，现有旁路疏水器的设计疏水量无法满足现场抽汽管道的疏水量要求。需要进行疏水器的换型来提高疏水器旁路的疏水能力，从而从一方面解决或改善抽汽管道疏水阀频繁动作的问题。

由3.1分析可知，当旁路疏水器2AHP002PU被隔离时，第六级抽汽管道疏水罐在平均49 s的时间内，将液位从500 mm下降到200 mm，2AHP520VV的疏水量达到1.29 m3/h；根据设计，旁路疏水器的疏水量为0.9 t/h。所以可知，第六级抽汽管道疏水罐实际总的疏水量大约为2.19 t/h。

根据疏水器的选型原则[2]，疏水器的理论设计疏水量为：(2～3)×管线的实际疏水量，其中2～3倍为疏水器的安全系数，建议选择的疏水器的理论设计疏水量为4.4～6.6 t/h。

所以采用理论设计疏水量为6 t/h的倒置桶型蒸汽疏水器(型号为：996F-11/32 DN50 mm)，来提高疏水器旁路的疏水能力。

另外，在现场空间允许和保留原来疏水器的情况下，还可以考虑在抽汽管道疏水阀旁路上再并联一路疏水器，从而增大疏水阀旁路的疏水能力。

4.2 疏水管线的合理布置

另一种能够改善或者解决抽汽管道疏水阀频繁动作问题的方法是，进行疏水罐疏水管线的合理布置。通过缩短疏水罐至疏水器疏水管线的长度(即将疏水器尽量靠近疏水罐安装)、减少管线弯头数量、增大疏水器旁路的管径等，来有效的改善由于上述原因造成的管线压降，从而减少或消除由于管线压降或形成气阻导致的饱和凝结水闪蒸对疏水器疏水能力的影响。

另外，在疏水管线布置时，注意管线的进口端一定要比出口端的位置要高，且中间管线的走向呈水平或最好呈下降式布置，避免增大介质在管线中的流阻。

综上所述，根据现场实际情况，充分考虑现场空间以及原来管线的布置问题，方家山核电站1、2号机组从增大疏水旁路管径(由DN40 mm增大到DN50 mm)，减少疏水器旁路的弯头数量和管线长度，来改善疏水管线压降；增大旁路疏水器的疏水量(即疏水器换型)，从而提高旁路疏水器的疏水能力，有效的解决了抽汽管道疏水阀频繁动作等故障。

5 结论

在方家山核电站HP6高压加热器抽汽管道疏水频繁动作故障的处理中，从抽汽管道疏水阀的结构、系统运行工艺参数、旁路疏水器的疏水能力、疏水管线的实际疏水量、疏水管线布置等方面进行原因分析，找出了高加抽汽管道疏水阀出现频繁动作的根本原因为旁路疏水器疏水能力不足和疏水管线布置不合理等，所以提出了旁路疏水器换型、疏水管线的合理布置等有效的应对策略，成功解决了疏水阀频繁动作故障及其他缺陷问题，为以后此类类似故障分析及处理提供参考。同时，解决抽汽管道疏水阀频繁动作故障，稳定机组出力，保障了机组安全稳定运行。