谢宗序1 李锦荣2
1.海盐秦核新能设备检修有限公司 福建福清 350300；2.中国核电工程有限公司 福建福清 350300
摘要：本文对某核电RIS系统TPRIS52中高压安注泵冷热段同时注入时，B列热段注入三环管线上流量不足的情况，进行问题排查以及模拟对照试验后，发现三环管线上止回阀阀瓣装配错误。并根据阀瓣结构定性分析其对阀门阻力系数的影响关系得出一定结论。
关键字：流量检查；升降式止回阀；阻力系数
1前言
在M310核电厂中，安注系统作为专设安全系统之一，是在反应堆冷却剂系统发生失水事故或主蒸汽系统发生管道破裂事故时，完成堆芯应急冷却和事故下堆芯补水和硼化[1]。
本文对福清某机组调试期间，TPRIS52试验执行时，发现高压安注冷热段同时注入时去三环热管段的流量异常，不满足安全准则要求时[2]，如何经过反复排查，最终确定了原因是RIS049VP止回阀阀瓣安装错误，并对阀瓣影响流量进行了一定的研究。
2 RIS52高压安注泵流量检查试验以及异常处理过程
2.1高压安注泵流量检查试验
TPRIS52就是检查两种注入模式下，总流量是否满足安全准则要求且环路之间流量可以通过每个注入管线上的调节阀调节平衡。
2.2试验过程及发现问题
首先选择最低特效的高压安注泵002PO，后对003PO，001PO进行冷段试验，试验合格。但是在执行到B列安注冷热段同时注入时，发现三环热段注入流量计066LD显示读数不满足要求，于是动作调节阀055VP，进行流量调节，至到调节阀全开，流量最大读数仅40m3/h，仍然不满足要求；一环热段注入流量却满足安全准则要求，流量计065LD显示为49m3/h。于是暂停试验，展开讨论，得出导致流量不足的原因方向有：泵出力偏小；仪表故障；流体流道问题。
2.3泵出力偏小导致流量不足
首先检查了B列高压安注泵的运行参数，无异常。对比A列高压安注泵在冷热段同时注入时的运行参数，基本一致，确认电气参数正常。随后，对泵本体进行排气，发现流出连续液体并无气体，故排除泵出力偏小的可能。
2.4仪表故障导致流量不足
对066LD进行排气，发现仪表管线流出水呈连续状无异物。对该仪表进行打压校准，发现仪表读数能随着压力连续平滑的变化，故仪表本体故障排除。在核电现场，就地流量计曾出现配套流量孔板孔径与设计不符的情况。于是拆开066LD的流量孔板418KD，测量孔板孔径，结果测量数据与418KD设计数据一致，故排除仪表故障的可能。
2.5管线流道问题导致流量不足
首先确认调节阀055VP是否全部打开，对其进行全关，全开确认行程。同时也确认045VP行程，发现两处调节阀都与厂家图纸中行程一致。检查了沿线疏水阀，发现均处于关闭，故排除阀门未全开和管线分流的可能。接着，因在B列试验中去一环热段流量满足要求，说明在从高压安注泵至B列高压安注母管0180管线管道是无异常的，去往一环热段的管线也无异常的。在去往三环的管线上有两处止回阀，分别为RIS049VP和RCP320VP，在A列冷热段同时注入时，高压安注母管0058是分别注入三环热段和二环热段，在A列试验中A列注入流量均满足要求，说明止回阀RCP320VP所在管线正常。为了确认是止回阀RIS049VP管线，组织了一次对照试验：按照冷热段同时注入配置进行在线，热段单独注入一个环路，又因管线上流量孔板孔径满足设计要求，055VP调节阀全开时不考虑其阻力系数，导致这段管线阻力异常就只能是止回阀049VP。
经过核实，最终确认导致本次高压安注流量检查试验B列热段注入流量不足的原因就是止回阀049VP阀瓣装配错误。
2.6处理方法
确认问题后，立即联系厂家发送正确阀瓣，在装配正确阀瓣后，再次进行试验，发现热段流量数据满足安全准则要求。
3阀瓣导致流量不足的原因分析
3.1止回阀阀瓣开启关闭原理
当介质按规定方向流动时，阀瓣受介质力的作用，被开启。介质逆流时，因阀瓣自重和阀瓣受介质反向力的作用，使阀瓣与阀座的密封面密合而关闭，达到阻止介质逆流的目的。
3.2止回阀阀瓣差异
两个阀瓣的结构数据差异集中在阀瓣前端圆锥截面直径，阀瓣圆柱体直径和阀瓣整个长度。
3.3管线流体阻力
在流体力学中流体在管路中流动时的阻力分为摩擦阻力和局部阻力两种。摩擦阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦力产生的阻力，以Kf表示；局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门以及管道截面的突然扩大或缩小等局部部位所引起的阻力，以Kj表示。流体在流道内流动时总阻力Ki为两者之和。
沿程阻力以Kf： （1）
λ：摩擦阻力系数d：管道直径mV：为流体速度m/sρ：为流体密度kg/m³
局部阻力Kj： （2）
ξ：为阀门阻力系数
流量Qi： （3）
根据调试现场可以描绘管线总阻力Ki：P-(Pv+h)=KiQi2 （4）
P：泵的出口压力（mCW）；Pv：通过阀门后压力（mCW）；h：泵出口到止回阀的高度差（m）；Qi：通过这条管线的流量（m3/h）；Ki：表示这条管线的总阻力。
如果只研究这段管线，根据公式（1）（2）（3）（4）：
（5）
从公式（5）可以知道，当已知流体经过流道直径一定的阀门时候，流量与经过阀门的压降△P（P-（Pv+h））成正相关，与阀门阻力系数负相关。故造成三环热段管线流量不足的原因就是阀瓣装配错误导致阀门阻力系数变大。
3.4差异分析
首先，阀瓣在阀体中是以倒立装入。流体顶起阀瓣时需要克服阀瓣的重力，理论上阀瓣重量越大，阀门的阻力系数就越大，但是两个阀瓣的重量一样，故排除这个影响。从结构上看是阀体导向结构，中腔高度是一定的，阀瓣长度越短，导致顶起高度越高，流体顶起阀瓣损失的能量更多，从而造成开启时间变长，但是当阀瓣完全被顶起后对流体没有影响。错误阀芯的圆椎体截面积偏小，会导致阀瓣下插更深，会影响止回阀开启时间。但是阀瓣顶起后，流体对截面积小的阀瓣需要更大的流体压强才能维持阀瓣顶起状态，故增大了流体阻力系数。最后，阀瓣的圆柱体直径直接影响的是阀体与阀瓣的配合间隙，阀瓣在完全顶起的情况下，介质在阀瓣下面有一个紊流区域，当阀体与阀瓣的配合间隙变大时候，阀体就不能很好的约束阀瓣，阀瓣会随着介质摆动甚至转动，增大了阀门紊流区域，流体能量损失变大，显现出来该阀门阻力系数随着配合间隙的增大而增大[4]。
4结论及建议
升降式止回阀中阀瓣的结构大小对阀门的阻力系数影响很大，其中阀瓣长短会影响阀瓣顶起高度，影响流体能量损失变化导致开启时间变化，成正相关，但是不会直接影响阻力系数；阀瓣受力面积大小是通过影响保持顶起状态所需要流体压强，来影响阻力系数，成反相关；阀瓣与阀体间的间隙是通过影响阀瓣下部流体的紊流区域来影响大阻力系数，成反相关。
参考文献
[1]赵斌，郭新海安全注入系统手册，中国核电工程有限公司，2014年02月。
[2]李映林安全注入系统安全准则，中国核电工程有限公司，2013年11月。
[3] Peter Smith，Ｒ.W.Zappe.Valve Selection Handbook.Fifth edition[M]，Burlington，Elsevier Inc.2004，1－399。
[4]陈力，王帅等 核级小口径升降式止回阀流量系数测试及结构改进，阀门，2013年第6期。
论文作者:谢宗序1,李锦荣2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/9
标签：阻力论文; 流量论文; 流体论文; 顶起论文; 止回阀论文; 管线论文; 系数论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;