摘要：反应性控制、堆芯冷却和放射性包容被称为核安全三要素,要素之一的冷源的可靠性密切相关。辅助给水系统作为核电厂的重要冷源之一,在事故工况下起着至关重要的作用,在设计上属于非常重要类的专设安全设施。辅助给水汽动泵供汽阀门动作异常问题都可能在事故工况下影响核安全,因此该问题必须得到核电厂运营者的足够重视。
关键词：给水汽动泵；阀门；动作异常；处理措施
在工业企业中，阀门是必不可少的生产设备，为了确保阀门的使用效率和使用寿命，做好阀门管理和检修工作是必不可少的。阀门管理包括阀门安装、运输、存储等多个方面，通过有效的管理工作，确保阀门质量，减少阀门损坏。定期进行阀门检修和保养，进而减少故障维修成本，延长阀门使用寿命。
1阀门作用与分类
1.1阀门作用
在流体系统中，阀门可以对流体的流量、方向、压力加以控制，控制配管和设备中液体、气体等介质的流动或停止。具体可以分为导流、節流、截止、分流等作用功能。阀门的种类和规格十分繁多，最简单的阀门就是截止阀，有些自控系统中的阀门十分复杂，其功能性也相对较强。有些阀门可以控制整齐、油品、泥浆、腐蚀性介质等流体的流动和停止，其工作压力在00013MPa-1000MPa之间，工作温度在c-270℃-1430℃之间。阀门的控制方式有很多中，如电动、气动、手动、电磁动、气液动等等。其可以通过温度、压力等信号的命令进行动作，或者通过简单的开关完成工作。阀门的运作主要依靠启闭开关，阀门运作后可以改变流道面积，进而实现其对介质的控制。
1.2阀门分类
常见的阀门种类主要有以下几种，分别是：关断阀、止回阀、调节阀。关断阀主要起到开闭作用，通常在冷热源的进出入口、管路分支线等位置安装，也可以用于放水放气。常见的关断阀有截止阀、蝶阀等等;止回阀主要用于防止介质倒流，流体流动所产生的动能即可实现阀门的开启和关闭。此类阀门普遍应用于水泵、疏水器等设备出口。其可以分为三种形式，分别是：旋启式、升降式、对夹式;调节阀可以根据信号的大小以及信号的方向改变阀门阻力值，进而实现流量调节的目的。普通阀门在较大的范围内变换开度时，其流量不会产生过多的变化，如果开度超过某个点，则流量会产生剧烈的变化，也就是缺少有效的调节性能，所以需要调节阀的安装。其可以分为手动调节和制动调节两种。
2阀门功能
辅助给水泵系统包括两台50%流量的给水汽动泵(ASG003/004PO),其蒸汽通流主要经过粗滤器、主汽门、调阀、蒸汽室、喷嘴组、动叶,最后至排汽接管。
调阀为气开式的双座阀,进入调阀的蒸汽分两组汽流。第一组直接由调阀阀套最顶部的一圈型线孔进入蒸汽室;第二组先旁通到调阀阀套底部的型线孔,再由调阀阀套的中间一圈型线孔进入蒸汽室。
主汽门为汽开式结构,密封面为司太立特堆焊,主要作用在于泵组超速时自动切断主蒸汽而停机,当电子跳闸时,电磁阀得电开启,释放了主汽门活塞右端腔室的压力蒸汽,从而主汽门关闭停机;当机械跳闸时,锥形阀连通,释放了主汽门活塞右端腔室的压力蒸汽,从而主汽门关闭停机。
3给水汽动泵阀门动作异常问题
3.1调阀调节异常问题
福清核电厂4号机首循环运行期间,多次出现4ASG004PO转速异常波动和泵本体及管道振动过大问题,经多次查找和验证发现是由于转速表异常导致调节阀调节异常,且阀门动作存在卡涩导致。
3.2主汽阀开启问题
2019年福清核电厂3号机组在执行3ASG004PO超速试验,3ASG237/238VV阀门开启40秒后3ASG004PO转速仍没有建立,主控触发3ASG171KA(004PO排气口压力低)报警,经检查为3ASG235VV阀门开启时间过长导致。
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4问题分析和排查
4.1调阀调节异常的原因分析和排查
经分析调节阀异常动作问题原因有:
(1)阀门本身特性不准导致阀门调节性能不佳。(2)转速表故障,导致阀门无法正常调节。(3)阀门供汽压力不在要求范围内,长期高压导致阀门调节性能下降。
原因排查:
(1)对给水汽动泵调节阀进行性能检查,通过加4～20mA电流来检查阀门行程动作情况,通过试验验证阀门行程和电流成正比,阀门性能验证无异常。(2)福清核电厂现场仪用压空的供汽压力一般在0.68～1MPa,高于设备的设计压力,长时间在超压下使用,将造成过滤减压器的故障,影响气动执行机构的调节性能。(3)福清核电厂辅助给水汽动泵使用的转速探头为HALLEFFECTSENSORS产品,型号1101and931XP。经趋势分析发现起泵后60秒左右位置出现转速波动幅度扩大现象,初步分析认为是转速探头信号突变引起。并发现转速调节系统PID作用过强,叠加转速探头信号突变干扰,调阀会频繁动作,每一动作都伴随卡顿的现象。
4.2主汽阀无法开启或者开启时间长的原因分析和排查
经分析主汽阀开启时间长的原因有:
(1)阀座内有残水,导致阀芯右侧上下面的受力面积差减小,从而导致阀门开启时间较长。(2)闸板和密封面的摩擦力太大,给阀门开启增加了额外的阻力。(3)电磁阀存在内漏,导致主汽阀右腔室压力建立较缓慢。(4)主汽阀阀座引压小孔或者管线存在堵塞。
原因排查:
通过手动动作阀门,确认阀门动作顺滑无明显卡涩,排除阀杆摩擦力过大的原因;对电磁阀检查也未发现电磁阀故障;由于试验过程中汽动泵启动时间间隔为10分钟,可能导致阀杆处有冷凝水聚集而没有完全疏通;节流小孔或者节流通道有冷凝水堵塞或杂质堵塞,导致引压过慢。
5处理措施和改进
5.1针对调阀的改进和验证
(1)使用工作压力更大的AW40型过滤减压器进行替代原来QFH-223型过滤减压器。AW40型过滤减压器最大设计压力为1.0Mpa,与压空系统的供气压力相符。(2)更换汽动泵的转速探头,并调整调节系统的PID参数,将比例系数从3调整到1.8,将积分系数从0.48调整到0.5。
通过以上整改措施,后续多次启动汽动泵验证转速稳定,在定期试验监督要求的8000±2%范围内,且未再出现调阀卡顿现象。
5.2针对主汽阀的改进和验证
(1)针对阀门底座处可能存在冷凝水,采用每次启泵间隔延长至30分钟,待阀们底座处的水疏尽后再进行下一次启泵。(2)在打闸情况下,通过阀前蒸汽对引流管线和电磁阀以及机械跳闸阀门进行吹扫,将管道内的蒸汽或者杂质吹除,保持引压管线畅通。
整改后从汽动泵供汽阀门全开到转速建立从原来的43秒回到正常的3～4秒左右。
结论
随着核电厂的运行,辅助给水系统出现的问题也逐渐凸显出来,尽管福清核电厂对辅助给水系统越来越重视,制定了很多的缓解措施,包括维修领域的预防性维修、运行领域的定期试验等。但是对问题的发现我们不能靠等,更应该往前走,将可能出现的问题逐一分析和制定处理措施,保证在出现问题后能够及时处理,保证专设安全设施的可用性。
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论文作者:韩家洋,俞龙
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第07期
论文发表时间:2019/7/9
标签：阀门论文; 核电厂论文; 转速论文; 蒸汽论文; 福清论文; 压力论文; 动作论文; 《建筑实践》2019年第07期论文;