海南核電主蒸汽安全閥內漏問題分析

楊家興 劉 滔 邢 孟

（海南核電有限公司 海南昌江）

一、概述

主蒸汽安全閥用于主蒸汽與主蒸汽管道及蒸汽發生器在瞬態事故情況下的超壓保護，保證二回路壓力邊界的完整性。與火電機組不同，核電的主蒸汽系統介質主要為飽和蒸汽，事故情況下，主蒸汽系統的介質可能為汽水混合物或帶放射性的水等（如蒸汽發生器傳熱管斷裂、一回路向二回路泄漏的事故工況）。這就要求主蒸汽安全閥在系統介質為飽和蒸汽、汽水混合等工況下均要具有穩定的泄壓排放功能。要求主蒸汽安全閥的定值要準確，精度高，既要防止安全閥的誤開、提前開，又要防止卡開和不回座。安全閥的不回座直接等于二回路大破口事故，因此主蒸汽安全閥必須要有可靠的開啟和關閉功能。

二、2種結構主蒸汽安全閥的對比

主蒸汽安全閥需要滿足準確開啟、適時全開、穩定排放、及時關閉、密封可靠等要求。在核電站主蒸汽系統上，主要使用2種結構形式的主蒸汽安全閥。一種為直接作用彈簧式安全閥，另一種為先導式安全閥。兩種核電站安全閥在核電站主蒸汽系統上均有著使用業績。

1.適用介質

直接作用彈簧式主蒸汽安全閥適用于一種流體狀態，在純飽和蒸汽狀態或過熱蒸汽狀態下工作性能較佳。系統內介質多變或多種工況并存的情況下安全閥性能不穩定。一般在多相流體工況，安全閥起跳后應安排檢修工作。先導式主蒸汽安全閥由于不需要彈簧式安全閥的調節環和反作用環，能夠使用任何流體狀態。

2.密封性

直接作用式安全閥在系統壓力遠低于起跳設定值時密封性好。系統壓力越接近起跳設定值，泄漏量越大。先導式安全閥開始發生泄漏時的壓力非常接近其起跳設定值，且泄漏基本為滲漏，泄漏量非常小。對于主閥來說，主閥的閥芯和閥座的密封比壓隨著系統壓力的升高而加大，系統壓力越高越接近起跳設定值，其密封性能越好。且由于彈簧式安全閥的彈簧易受介質的影響，起跳設定值的準確性不如先導式安全閥。

3.回座及密封性能

彈簧式安全閥的回座力是有彈簧力與系統壓力作用在閥瓣上的力之差，因此安全閥起跳后的回座壓力較小，容易發生安全閥不回座或晚回座現象。安全閥回座后其密封比壓較小，容易產生泄漏。先導式安全閥的先導閥回座后，主閥能在很高的回座下實現可靠的關閉。回座時系統的壓力越高，其回座力越大，回座后的密封面上的密封比壓也越高，與起跳前的密封比壓一樣，能很快恢復到完全密封性能。

4.安全閥的排放能力

彈簧式安全閥要做到大口徑比較難，同時受到彈簧變形量的限制，安全閥閥瓣的開啟行程較小，因此單個安全閥排放能力有限。先導式安全閥的主閥可以做到大口徑，同時閥瓣的形成不像彈簧式安全閥那樣受限制，行程可以比較大，因此先導式安全閥排放能力可根據實際需要進行設計。

三、海核主蒸汽安全閥參數

海南核電主蒸汽系統有2根主蒸汽管線，每根管線分別與1臺主蒸汽出口接管相連。2根管線分別在各自的貫穿件處出安全殼，通過主蒸汽隔離閥的管廊后進入汽輪機廠房，然后合并成1根公共的母管。海南核電主蒸汽安全閥與參考電站一致，采用彈簧式安全閥，每根主蒸汽管線有7臺直接向大氣排放蒸汽的彈簧加載式安全閥，安全閥實際整定值稍有不同，第一組閥門（2臺）整定值8.5 MPa；第二組閥門（5臺）整定值8.7 MPa。

安全閥性能參數包括，安全和規范等級2級，抗震類別1A，設計壓力8.6 MPa，設計溫度316℃，運行溫度（滿負荷）283℃，運行溫度（熱停堆）292℃，要求流量最大478 t/h；最小420.9 t/h，整定壓力，第一組8.5 MPa，第二組8.7 MPa。

四、引起密封面泄漏的幾種情況

安全閥密封面一般由金屬材料制成，即使經過精密的加工，閥門很難做到絕對的密封。引起閥門密封面泄漏的情況有6種。

（1）密封面進入異物。雜質和臟物落到密封面上，會造成閥瓣與閥座間存在間隙，導致泄漏。需要清除密封面上的異物并且重新研磨密封面。

（2）密封面損傷。造成密封面損傷的主要原因：由于密封面材料不良，使其在長期惡劣環境中發生銹蝕；在多次起跳或長時間工作后，密封面出現磨損；密封面在堆焊工序存在缺陷，在使用過程中暴露。需要根據損傷程度和原因對密封面進行研磨或者重新加工密封面。

（3）密封面寬度大。彈簧壓力一定的情況下，密封面寬度大，密封壓強小，若該壓強低于工作壓強，將造成泄漏。處理辦法是重新加工密封面至合理尺寸，并研磨后使用。

（4）零件卡阻。閥桿、襯套或閥瓣等零件存在卡阻，致使閥瓣回坐后不能完全密封。處理方法是拆解閥門，消除卡阻。

（5）裝配不當。由于閥門密封面采用金屬材料，閥瓣和閥座的平面度以及同軸度對密封性能有根本影響。閥桿、彈簧、襯套、閥瓣等零件裝配精度，尤其是同軸度直接影響閥門密封性能。閥瓣和閥座未完全對正、彈簧與閥桿間隙太大及閥桿中心線不正等均可能造成閥門泄漏。處理方法是重新拆裝，裝配時保證閥瓣周圍配合間隙的大小及均勻性，保證閥桿、彈簧和閥瓣的同軸度等配合尺寸精度。

（6）彈簧失效或者壓緊力不足。在彈簧直接載荷式安全閥中，彈簧質量對閥門的性能影響很大。長時間使用后彈簧可能出現永久性變形失效、剛度減小或接觸面不平行等問題，造成閥門泄漏。處理方法是更換彈簧或對彈簧進行修磨，并調整壓緊力。

五、海核主蒸汽安全閥內漏分析

海南核電主蒸汽安全閥采用彈簧式安全閥。在1號機組熱態試驗期間，1月31日20:31分，執行完PT 1RCP 002后準備升溫時發現1VVP103VV內漏。經過對1VVP103VV閥門進行解體，在解體過程中發現噴嘴環與閥瓣保持架有輕微頂緊現象，根本原因為噴嘴環在裝配過程中調整不到位，調整位置較高。閥瓣與閥瓣保持架為螺紋連接。噴嘴環與閥瓣保持架頂緊后，閥瓣不能回落到正常位置，造成閥門內漏。

閥門解體后，由于蒸汽內漏，閥瓣造成沖蝕，廠家人員對閥座和閥瓣進行研磨，對密封面采用單色光檢測，產生2條同心干涉條紋，符合平整度要求。閥門進行回裝。經過測試，安全閥功能正常，沒有再發生內漏現象。平整度檢查標準見表1。

表1 平整度檢查標準

六、結論

主蒸汽安全閥為核級閥門，屬于CC1級關鍵設備。閥門密封不嚴，將使一回路蒸汽流失，導致一回路過冷。使SG汽水失配，產生低壓信號，造成停堆。此次安全閥內漏根本原因為閥門裝配不當。通過對閥門進行重新拆裝，對閥瓣在裝配時保證閥瓣周圍配合間隙的大小及均勻性，保證閥桿、彈簧和閥瓣的同軸度等配合尺寸精度。徹底解決了海南核電熱試期間主蒸汽安全閥內漏的問題。