核电厂某减压阀调节故障及处理

柴晓宇

（中核辽宁核电有限公司，辽宁兴城 125100）

0 引言

消防系统的水由于长时间处于静止状态，水质中的沉积物、各种离子、铁锈杂质等对处于消防系统的减压阀是一个较大的挑战。通过参考电站经验反馈以及自身系统实际状况，减压阀中选取采用EPDM（Ethylene-Propylene-Diene Monomer，三元乙丙橡胶）和腈纶网材质的隔离膜片，其具有良好的耐腐蚀性和密封性[1]，保证系统中的减压阀不会因为水质的持续恶化而失效。

1 问题

该减压阀的作用是将JPD（消防水分配）系统压力为1.17 MPa（表压）的消防水，减压到JPU（厂区消防水分配）系统压力为0.8 MPa（表压）的消防水[2]。下游JPU 系统单次最大消防用水量为15 L/s，而厂家设计说明书给出的适用流量为8～16 L/s，流量适用范围满足要求。但在实际使用中，静态调节完成后，经过一段时间下游压力超过国家标准要求的规范值。

2 原因分析

该阀为可调式减压阀，实际调节该减压阀时，关闭减压阀下游截止阀，通过静态调节减压阀的导阀，将下游压力调至0.8 MPa，然后打开下游截止阀，通过调节减压阀针型阀来调节减压阀主阀开启与回座时间，使其下游压力维持在0.72～0.84 MPa[3]。

主阀的开启或关闭取决于隔膜腔进水量与出水量的差值，当进水量小于出水量时，上腔压力逐渐降低，主阀开启；当隔膜腔进水量大于出水量时，上腔压力逐渐升高，主阀关闭；当上腔进水量相等或者为零时，主阀处于平衡状态。阀腔的进出水首先受到导阀的影响，当导阀处于开启状态时，阀腔才能进出水，主阀才能开启或关闭。

2.1 理论分析

如图1 所示，调节阀门时，关闭减压阀下游截止阀，打开上游截止阀，首先将导阀弹簧完全放松，此时下游压力为最小压力，顺时针缓慢拧紧先导阀上的弹簧，使下游压力达到设计压力值。缓慢打开下游截止阀，此时下游压力下降后，关闭截止阀，再次查看下游压力值。如果在打开下游截止阀时减压阀主阀需要较长时间才开启，同时主阀回座时间较快，则微调关小针型阀，反之则微调开大针型阀，重复上述过程，直到满足需要的主阀开启和关闭时间。

根据导阀的实际受力，得出其受力方程式：

式中 Fd——导阀膜片受力，N

Ft——导阀弹簧产生的弹力，Ft=kx。k 是弹簧刚度（N/mm），x 是弹簧形变量（mm）

Fm——导阀膜片受到下游压力对导阀膜片产生的作用力，Fm=P2S1。P2是下游压力（Pa），S1是导阀膜片面积（m2）

Fx——导阀阀芯受到下游压力对导阀膜片产生的作用力，Fx=Fm=P2S2。P2是下游压力（Pa），S2是导阀阀芯面积（m2）

根据导阀结构分析：由于S1＞＞S2，在下游同样压力作用下，Fm＞＞Fx，则式（1）可以近似为Fd=Ft＋Fm，由此可以看出导阀膜片受力主要是弹簧和膜片相互作用的结果。当Fd＞0，即Ft＞Fm时，弹簧力大于膜片受力，导阀打开，减压阀上腔与下游相通；相反，当Fd＜0，即Ft＜Fm时，弹簧力小于膜片受力，导阀关闭，减压阀上腔与下游隔断，上腔无法排水。

图1 先导式减压阀

2.2 实践分析

在现场实际调节过程中发现，当减压阀主阀开启后能及时关闭，当减压阀动作后，虽然主阀已经关闭，但导阀仍处于开启状态。减压阀上游JPD 系统的消防水，通过针型阀管路进入隔膜上腔后，经过导阀进入减压阀下游JPU 系统的消防水，而通过一段时间后，减压阀下游压力达到0.95 MPa 左右，产生超差现象，此时导阀才完全关闭。

将式（1）中的各项参数值均代入得kx=P2S1。在正常合理的情况下，下游压力设定完成后，kx=某定值，同时由于导阀的结构限制，图1 中弹簧的形变量为一个定值。由上述分析可知，下游达到设定压力后，减压阀主阀关闭，导阀仍然处于开启状态，直至0.95 MPa 导阀才完全关闭。可以看出，此时P2又产生部分增长，才能实现力学平衡。因此，导致下游超压的主要原因为导阀的弹簧刚度过大，在同样压缩量下需要更大的下游压力来平衡，因此产生超压现象。虽然在静态调节下实现了下游设定压力，但在进行动态调节试验时，由于弹簧刚度较大，使得下游在主阀关闭的情况下，仍然通过导阀部分在持续增压，最终导致下游持续超压现象的发生。

3 解决方法

减压阀引结构性原因产生超压，不能通过简单的调整来实现其正常功能。因此需要更换导阀的弹簧，将刚度较大的弹簧更换为计算刚度的弹簧。更换后重新对3 组减压阀进行减压调节，并测量其动态调节后实际下游压力（表1）。

4 结束语

减压阀通过与下游JPU 系统相连的各个厂房消火栓供给减压消防水，当下游超压时，容易导致下游管线的卡箍发生破口，管线上的安全阀频繁起跳。减压阀由于结构原因，使下游压力出现超压，通过分析调节效果以及结构，得出下游出现超压的原因是减压阀导阀弹簧刚度过大，造成即使在静态调节完成后，动态调节时导阀仍然无法关闭。更换导阀弹簧后，重新进行动态调节，下游实际压力符合国标要求。本次减压阀的故障分析与处理，对类似系统减压阀的故障处理有一定的借鉴意义。

表1 阀门动态调节实测值