摘要：由于主蒸汽系统高温高压的特性，主蒸汽安全阀在核电站施工、调试及运行过程中的重要性不言而喻；本文简要介绍了EPR三代核电项目主蒸汽安全阀结构及功能，并对该类阀门在现场施工过程中的重难点问题进行研究与反馈；并合理应用于指导EPR三代核电项目主蒸汽安全阀现场施工，同时可推广至后续CEPR项目和“华龙一号”的主蒸汽安全阀施工中。
关键词：EPR（欧洲压水堆）；核岛主蒸汽安全阀
引言
EPR作为迄今为止设计最为先进的新一代压水堆堆型之一，也是中国三代核电站自主化和国产化示范工程之一，有望成为CEPR和“华龙一号”的参考项目，其安装经验可有效的应用于这些项目。
EPR和CPR项目主蒸汽安全阀设计和选型的差异使得CPR项目施工的经验仅可作部分参考；EPR项目主蒸汽安全阀的新结构增加了阀门施工难度，要求对阀门施工流程更加深入的研究以及施工过程中对质量更严格的管控。
本文对EPR项目主蒸汽安全阀结构和功能进行了简要介绍，并结合现场施工经验反馈从储存运输及吊装、焊接前上部组件拆除、阀体焊接、压力实验前上部组件的安装与锁定、压力试验后解锁与维护等五个施工环节进行了简要分析和讨论；旨在规避阀门施工质量风险、加快施工进度，同时，为中国后续核电机组建设中相同和相似的施工活动提供经验和参考。
1EPR主蒸汽安全阀结构及功能简述：
EPR项目共四个主蒸汽回路，每个回路设置两台主蒸汽安全阀，该阀安装在安全壳与主蒸汽隔离阀之间，用于保护主蒸汽系统，防止回路超压，其整定压力为105±1.5bar.a。
该阀门为非能动弹簧加载隔离阀，阀门进口公称直径为200，出口公称直径为350，上部组件有主、辅两套弹簧。阀座由特殊材料堆焊在阀体喷嘴上形成，其密封面通过研磨加工为镜面；阀芯通过螺纹连接阀杆，阀座阀芯之间为面密封。主蒸汽安全阀结构见图1[1]。
当回路压力大于阀门整定值时，蒸汽作用于阀芯向上的力大于弹簧向下的力，阀芯向上运动，阀门开启；随着蒸汽排泄，回路压力降低，蒸汽作用于阀芯的力减小，弹簧推动阀芯向下运动，阀门关闭，其关闭最低压力为97.3bar.a。
图1、EPR主蒸汽安全阀结构简图
2主蒸汽安全阀的储存、运输和吊装
主蒸汽安全阀属精密阀门，储存、运输和吊装过程需对阀门及其重要部件进行全面保护，避免部件损伤，造成安装过程中的不必要的拆装和部件更换。
2.1储存、运输和吊装要求
主蒸汽安全阀到货后，需进行仓库储存等待现场安装；仓库需满足室内、通风条件，能有效的保护阀门不受雨水、风以及任何天气因素的影响，同时仓库温度不能低于0℃。
阀门在施工运输过程需使用木箱装箱，保证阀门竖直向上，同时与箱体接触位置需木方保护；阀门进出口使用木板封堵避免焊接段受损；阀门限位开关使用小木盒保护。运输过程中需避免颠簸、振动和磕碰。
阀门在施工现场吊装须使用其配备的专用吊耳，吊装前保证吊耳紧固；并严禁绑扎阀门其他任何部位实施吊装。
2.2储存运输经验反馈
1）防锈不能使用油脂
阀门到货后安装条件不具备，需长时间仓库储存；由于空气湿度大，出现大面积锈蚀；在及时进行除锈工作后，为防止阀门再次锈蚀，在阀杆上涂抹油脂，见图2。
该方法起到了防锈作用，但油脂扩散进入阀体与阀杆间隙，无法完全清除；在运行工况下，高温蒸汽会使油脂硬化，导致阀杆卡涩，阀门无法正常起跳，阀门功能失效。为清理油脂，阀门安装前对所有涂抹过该类油脂的主蒸汽安全阀进行了解体和油脂清理，耽误10天工期。
高温阀门防锈材料必须考虑到在其设计工况下防锈材料残留不会影响阀门功能，不能涂抹油脂，但可以选用化学成分在高温下相对稳定的石墨防锈液或含铅防锈液等。
图2、阀杆与阀门间隙油脂
2）异物导致阀杆损伤
主蒸汽安全阀解体清理油脂的过程中，发现一台阀门阀杆与导向套筒存在点状刻痕和条状划痕（图3、图4），同时周边有黑色颗粒物，初步判定为焊渣飞溅进入该间隙。若未及时处理，将引起阀杆卡涩，导致阀门功能失效。
阀门安装前一直储存于仓库和工作车间，异物来源有限，主要原因是：储存时使用防火布侧面包裹了阀门上部组件，但阀门顶端未遮盖，保护不全面。施工现场环境较仓库更为恶劣，现场保护需全覆盖。
阀门储存和安装过程中进行全面的保护，将阀门整体包裹，防止任何异物进入阀门。
图3、套筒条状划痕 图4、阀杆点状缺陷
3）上部组件固定架
主蒸汽安全阀焊接前需拆除阀门上部组件，拆除后上部组件无支撑，若侧放可能导致：a、阀芯保护套磕碰变形；b、弹簧移位造成受力不均；c、阀杆受力弯曲变形，引起阀杆卡涩，导致阀门安全功能失效。
阀门拆卸前按照阀门上部组件尺寸制作上部组件固定架（见图5），可有效保证阀门上部组件平稳地竖直立放，保护阀门上部组件。
图5、上部组件固定架
3阀门焊接前上部组件拆除
主蒸汽安全阀阀体与管道焊接前需拆除阀门上部（上部弹簧结构）及内部组件（导向套筒、阀芯），以保证阀门密封部件不受焊接高温和异物影响。
3.1阀门拆卸前锁定
由于阀门上部组件弹簧施压于阀杆将阀芯作用于阀座上，阀门拆卸前需将阀杆锁定，保证阀杆与弹簧之间无位移，避免拆卸过程中阀杆在弹簧的作用下带动阀芯运动，造成阀芯阀座磕碰，损坏密封面。
阀杆锁定使用阀门自带的锁紧盘，将其置于锁紧螺母与下顶板之间，并使用力矩扳手将锁紧螺母向下紧固至100Nm，见图6。
图6、上部组件拆卸锁定
3.2阀门拆卸
阀杆锁定完成后，松开阀体与上部组件之间的紧固螺栓，使用吊具，移出上部组件，取出导向套筒，并将阀芯从阀杆上拆卸后单独储存。取出后的阀门各部件进行标识，以防混用；同时保护拆卸后的部件。
3.3阀门锁定和拆卸相关问题讨论和经验反馈
主蒸汽安全阀拆卸过程中需避免阀体、上部组件不必要的移动，同时，起吊前必须将吊点与阀杆对中；避免由于操作不当造成的刮蹭和损伤。
1）阀体部分固定
拆卸过程中阀芯与阀座脱离时，阀体部分的不可控的移动可能造成密封面刮擦；拆卸前需使用多块木方固定阀体，可有效避免阀体的移动。
2）吊点与阀门中心偏差导致上部组件的转动和晃动
上部组件完全取出前的转动和晃动将造成密封面及导向套筒的损伤，拆卸过程中由于吊点对中偏差，造成2台主蒸汽安全阀上部组件起吊后出现晃动，导致密封面轻微划伤、导向套筒磕碰。起吊前务必确认吊点对中，起吊后也需要缓慢提升以减小吊点偏离引起的转动和晃动，将阀门的损伤降至最低。
4阀门与管道的焊接
4.1焊接前阀座密封面保护
焊接前需保护阀座密封面，避免焊缝打磨、焊接时铁屑或焊渣飞溅，损伤密封面。
4.2阀门与管道的焊接
主蒸汽安全阀与上下游管线的连接采用对接焊，阀门竖直安装，阀杆在X/Y方向的垂直度公差小于20mm。焊接准备工作完成后可进行焊接，焊接需按要求控制：
1）为防止阀门焊接过程温度过高影响阀体和阀座密封面机械性能，需控制焊接温度，见图7，进口控制区距焊缝270mm，出口控制区距焊缝170mm；焊接过程中控制区内温度需小于280℃[2]。
2）为避免电流影响，阀门焊接过程中电流不得经过阀体：进口焊接时，接地位于进口管线；出口焊接时，接地位于出口管线。
图7：阀门焊接温度控制区域及接地
4.3阀门管道的焊接相关问题讨论和经验反馈
主蒸汽安全阀与管道的焊接在保证温控和接地要求的前提下，与正常焊缝接方式类似；但从阀门施工的角度来看，阀门密封面的保护是重中之重，故在焊接前加工了专用工具并填充高温棉（图8），通过两侧螺纹将其固定于阀座所在的管嘴上（图9），防止焊接异物损伤密封面。
5压力实验前上部组件的安装与锁定
主蒸汽安全阀是蒸发器二次侧水压试验的边界阀门，在CPR项目中，该阀门使用厂家提供的专用工具进行封堵；EPR主蒸汽安全阀利用上部组件和锁定装置进行压力锁定，实现系统压力试验边界的功能。
阀门上部组件安装前需检查阀座密封面及阀芯密封面，若存在缺陷需进行研磨，研磨并检查合格后，使用新垫片安装阀门并其进行压力锁定。
图8、阀座密封面保护工具 图9、密封面保护工具安装效果
5.1阀芯阀座密封面研磨
阀门安装前密封面损伤需研磨修复，由于阀芯密封面由坡度为1°的斜面加工而成，研磨将增大阀芯密封面宽度，研磨完成后需测量阀芯密封面宽度，保证密封面宽度处于可接受的范围（阀芯密封面宽度X需在1.2mm~2.1mm之间）；阀芯密封面高度e为5mm，堆焊层高度为0.8mm，研磨完成后e值不能小于4.2mm；同时阀座密封面高度f为7.5mm，堆焊层厚度为2mm，故研磨完成后f不能小于5.5mm。密封面及研磨示意图见图10。
阀门安装完成后的密封面损伤将在压力试验中以内漏的方式体现，需待压力试验完成后拆卸阀门再次进行研磨。若过度研磨导致阀芯密封面宽度大于2.1mm，需将阀芯密封面再次加工为1°的坡面，研磨x值至要求范围。
图10、主蒸汽安全阀密封面及研磨图
5.2主蒸汽安全阀的回装
阀门焊缝探伤合格、密封面研磨完成后，可进行阀门回装，将阀芯连接在阀杆上，导向套筒放入阀体，清理阀芯阀座密封面，放入新的密封垫片，随后将上部组件通过吊装放入阀体，进行连接螺栓的紧固，紧固完成后松开锁定块，待试压前进行阀门的压力锁定。
5.3压力试验前锁定
阀门所属主蒸汽系统试验压力为148.5bar，大于阀门整定压力105bar；压力试验前需锁定阀门，将锁定块置于锁紧螺母与上顶板之间，锁紧螺母向上紧固力矩设定为550Nm~600Nm [3]，将阀芯锁定在阀座上，防止压力试验过程中阀门开启。锁定方法见图11。
图11、主蒸汽安全阀压力试验前锁定
5.4主蒸汽安全阀试压过程中内漏处理
主蒸汽系统压力实验过程中若主蒸汽安全阀发生泄漏，可在不泄压的情况下每次增加锁紧力矩150Nm，最高至1250Nm，以避免大量泄漏影响压力试验。压力试验完成后，为防止阀芯阀座过度受力造成密封面损伤，系统压力降至50ba~70bar范围时，将紧固力矩降至550-600Nm范围以内。
5.5主蒸汽安全阀安装与锁定相关问题讨论和经验反馈
1）吊点与阀门中心偏差导致上部组件的晃动
阀门上部组件安装期间，厂房内电动吊车尚不可用，使用手拉葫芦进行吊装，吊点位置调整困难，吊点与阀门中心偏移导致3台主蒸汽安全阀多次起吊调整吊点；1台出现晃动并伴随轻微异响，导向套筒出现轻微划痕，所幸未造成密封面损伤。
阀门拆卸与重装的吊装过程尽量使用先进的吊装设备，厂房内电动吊车提前完成安装调试可用；阀门上部组件进入阀体前务必确认吊点对中，安装过程缓慢下落以减小吊点偏移引起的晃动和刮蹭，将阀门的损伤降至最低。
2）厂房除尘
系统压力试验过程中，一台阀门出现30L/h的泄漏，通过持续补充介质维持压力完成了压力试验；试验结束排空介质后拆卸阀门，发现密封面存在多处点状缺陷，初步判断为阀门安装过程中厂房内的灰尘等杂质落入阀芯阀座密封面，造成了密封面的破坏。
阀门安装前停止房间内的切割、打磨、焊接等可能产生粉尘的工作，同时使用吸尘器清理阀门周边环境，在无尘或微尘环境中完成阀门阀座、阀芯清洁度处理和检查工作，上部组件回落前再次清理阀芯、阀座密封面，保证密封面接触前无杂质。
6压力试验后解锁与维护
完成蒸发器二次侧水压试验后：对于试压过程中出现泄漏的阀门，需再次拆卸锁定，进行拆卸、检查和研磨处理；对于压力试验合格的阀门则可松开锁紧螺母，解除锁定。随后对阀门限位开关进行安装和接线，完成阀门安装，并保护阀门，等待系统移交调试。
7结束语
本文从施工的角度，结合EPR主蒸汽安全阀施工情况对主蒸汽安全阀的各个施工环节进行了简要介绍，同时分析和讨论了各个施工环节相关的重难点工作，并对EPR主蒸汽安全阀施工经验进行了分享。后续国内自主设计建设的CEPR和华龙一号项目可适当参考，有效规避不必要的施工质量风险、提高施工进度。
参考文献：
[1] 《BRR 0-11-00019 —General Arrangement Drawing for Main Steam Safety Valves》
[2] 《TS-X-NIEP-0-31-10481—Assembling Instruction Notice for Main Steam Safety Valves》
[3] 《TS-X-NIEP-0-31-10485—Operating and Maintenance Manual for Main Steam Safety Valves》
论文作者:张宇,杨加彬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/1
标签：阀门论文; 安全阀论文; 蒸汽论文; 组件论文; 阀体论文; 压力论文; 过程中论文; 《基层建设》2019年第1期论文;