淺談核電廠關鍵閥門的狀態管理

舒芝鋒，黃 萍

（核動力運行研究所，湖北 武漢 430070）

淺談核電廠關鍵閥門的狀態管理

舒芝鋒，黃 萍

（核動力運行研究所，湖北 武漢 430070）

本文概述了核電閥門最新的分級原則，闡述了關鍵閥門全壽期狀態管理的必要性，重點對采購／驗收、安裝／調試、運行階段的閥門狀態管理工作進行了詳細剖析，為國內核電廠關鍵閥門全面實施狀態管理提供了參考。

關鍵閥門；狀態管理；診斷；監測

1 核電閥門概述

不管是哪種類型的核電廠，都會大量地使用閥門。其中，最受關注的是在核電站應用廣泛、與安全及經濟運行密切相關的能動閥門，主要包括以下3類：

（1）電動閥 （MOV）

電動閥分布在核電廠的各大系統中，一般起隔離邊界作用，與系統安全息息相關，主要包括核級電動閘閥和電動截止閥。這些作為隔離邊界的電動閥的性能好壞直接關系到核電廠的安全運行指標，是保障機組安全穩定運行的關鍵設備。

（2）氣動閥 （AOV）

氣動截止閥大部分被用作安全殼隔離閥，內部介質多為一回路介質，承擔著防止放射性物質泄漏的重任，其可靠性和功能完備性直接影響到核電廠的各項安全指標。

氣動調節閥在核電廠的核島主輔系統及三廢系統、常規島中都有廣泛的應用，主要包括工藝過程中的流量、壓力、溫度、液位等參數的自動控制。其性能好壞直接關系到核電廠的經濟運行指標，某些安全系統中的氣動調節閥失效后還會導致嚴重的安全事故，可見關鍵氣動調節閥是保障機組安全、穩定、經濟運行的重要組成部分。

（3）電磁閥 （SOV）

電磁閥用于實現對管路中的介質進行通斷、切換、分配等過程的自動控制，具有結構簡單、體積小、質量輕、響應時間短等優點，被廣泛應用于核電廠工藝管道和儀表管線。部分關鍵電磁閥在使用時若出現動作時間超差、泄漏、拒動、卡澀等故障，將會引起核電廠相關設備或系統的正常運行，甚至造成重大事故。

對上述閥門實施狀態管理，可有效提高維修效率，節約維修經費，并保障這些閥門的可用性和可靠性。狀態管理可涵蓋閥門采購和驗收、安裝和調試、運行等全部環節，根據各環節的不同特點和核電閥門分級要求，通過在線監測、故障診斷測試、預防性維修等手段對關鍵閥門實施不同維修保障內容的技術性管理。同時，核電廠在此基礎上建立動態數據庫，存儲閥門在整個壽期內的狀態數據，可進行全壽期狀態管理。

2 核電閥門分級

為合理分配維修資源，依據INPO AP－913中設備分級原則［1］，綜合考慮設備風險重要功能、電力生產重要功能以及維修經濟性等因素，將核電廠閥門分成了4個等級：既

1）高關鍵設備 （CC1）：主要是對核電站安全起重要意義的設備；

2）關鍵設備 （CC2）：主要是對核電站安全起次要意義但對電站出力具有重要影響的設備；

3）非關鍵設備 （NC）：主要是影響維修策略和工業安全且設備價值量高需引起關注的設備；

4）故障檢修設備 （RTF）：無需進行預防性維修，無需賦予過多關注的設備。

進行設備分級的同時也根據閥門工作頻度和工作環境的情況進行分組，工作頻度分為工作頻度高、工作頻度低兩類，工作環境分為工作環境差、工作環境好兩類。再根據關鍵性級別、工作環境和工作頻度三者之間的不同組合將閥門分為不同的組，如表1所示。

針對不同等級的閥門，相應選擇的維修策略也不同：關鍵閥門 （CC1和CC2級）采用狀態監測、趨勢分析、預防性維修為主；N級閥門采用預防性維修為主，糾正性維修為輔的方式；RTF級閥門采用糾正性維修的方式，不需要制定預防性維修項目。

表1 閥門分級分組示例Table 1 Valve grading

3 關鍵閥門的狀態信息管理

關鍵閥門狀態信息管理的目的是為了確保閥門各種參數信息的正確性、完整性，并確保其安全和使用于生產的有效性，包含閥門的基礎信息和數據、偏差和不符合項記錄、維修和變更記錄、安裝及調試過程中的歷史記錄和維修記錄等信息、閥門各部件的設定值、各項性能參數等。在此基礎上，核電廠可建立關鍵閥門信息數據庫。

3．1 采購 ／驗收階段

此階段首先須收集閥門資料數據，建立基礎數據庫，至少需收集以下資料：

1）設計分類；

2）設計參數；

3）閥門設計選型計算書；

4）閥門結構參數；

5）閥門材料力學性能及檢測報告；

6）執行機構結構參數；

7）閥門運輸、安裝、存儲、維修手冊；

8）閥門初始狀態設定值；

9）閥門出廠試驗及性能測試報告。

建立基礎數據庫后，需根據閥門設計運行條件，結合閥門的實際結構參數，檢查閥門的設計選型計算，驗證閥門的各項性能參數是否滿足運行要求，如閥門設計密封力、開關行程距離和時間等。針對要求在事故工況下工作的閥門，還需校核在事故工況條件下閥門的性能。如核電廠在事故條件下只能提供80%的電壓，需驗證閥門是否還有足夠能力正常關閉和開啟。

3．2 安裝 ／調試階段

在閥門的安裝及調試階段，由于閥門還處于全新階段，可認為此時是閥門的最佳狀態，需全面記錄閥門在現場的狀態參數，作為今后閥門使用維修后的參照對比標準。同時，也可根據現場測試的閥門性能參數，及時發現閥門故障，提前進行相應維修、改造或更換，以消除隱患，減小損失。

在此階段需記錄閥門的安裝、調試過程，存儲閥門狀態試驗數據，完善閥門狀態數據庫。至少需收集以下信息：

1）閥門現場安裝信息：閥門現場安裝位置圖、電路／氣路連接圖、改造維修記錄等；

2）閥門現場試驗報告：無損 （射線、超聲、液體滲透、磁粉、氦檢漏等）檢查報告及記錄、閥門性能測試報告及調整記錄。

3．3 運行階段

3．3．1 制定預防性維修大綱

在閥門運行階段，首先需制定基于閥門狀態的維修大綱，明確基于閥門狀態維修的原則和實施要求。即以閥門狀態監測技術為基礎，將糾正性維修、基于時間的預防性維修和基于狀態的預防性維修相結合，確定維修任務。在維修任務中，基于狀態的預防性維修任務建議占最大比例 （50%）；基于時間的預防性維修任務量居其次 （35%），主要是針對閥門中的易損件，如密封O環、隔膜、彈簧等，結合閥門廠家建議的失效周期及現場實際情況相結合，確定維修周期，同時維修任務應該是局部性的；糾正性維修任務以運行中實際出現故障的閥門為準，數量應占閥門維修 （維護）任務量的最小比例（10%）。

3．3．2 實施閥門狀態維修

閥門狀態檢測是實施閥門狀態維修的核心，為狀態維修工作提供直接依據和數據支持，主要包括在線監測、故障診斷測試、泄漏檢測等技術手段，具體如下：

（1）在線監測：閥門在線監測技術主要依靠閥門執行機構、閥體、電氣附件等部件中的傳感器，對閥門主要運行參數進行在線監測，分析出閥門部分性能參數，初步判斷閥門是否存在異?；蚬收?，為后續維修提供依據，不同類型閥門的監測參數也不同：

1）電動閥：直接監測電機電壓 ＆電流、控制＆指示燈開關的動作邏輯、閥桿推力＆扭矩、閥門開度等；

2）氣動閥：直接監測氣壓 （供氣氣壓、隔膜氣壓、定位器 ＆I／P （即電氣轉換器）＆ 流量放大器等附件 （如有）氣壓）、閥門開度、控制信號等；

3）電磁閥：直接監測線圈電壓、電流、溫度等。

（2）診斷測試：使用閥門診斷設備檢測閥門和執行機構的各項性能參數，診斷閥門是否存在故障，并根據設計及運行要求，對閥門整體狀態進行狀態評價，提前發現閥門潛在的故障和降質情況，為維修工作提供直接依據，提前安排維修消除閥門故障，使其工作狀態性能滿足設計及運行要求，不同類型閥門的診斷測試內容也不同：

1）電動閥：測試電機電壓＆電流、控制＆指示燈開關的動作邏輯、閥桿推力＆扭矩、閥門位移＆碟簧動作偏移量等4類參數，診斷評價電動閥的密封性能、動作性能等綜合性能；

2）氣動截止閥：測量隔膜氣壓、閥門位移、閥桿推力等3類參數，診斷評價氣動截止閥的密封性能、行程距離及開關時間、彈簧Benchset及線性度等；

3）氣動調節閥：測量氣壓 （定位器供氣氣壓和輸出氣壓、隔膜氣壓、I／P輸出氣壓（如有））、閥門位移、閥桿推力等3類參數，診斷評價氣動調節閥的調節性能、密封性能、氣動執行機構性能、定位器及I／P性能、彈簧Benchset及線性度等；

4）電磁閥：測量電磁閥各端口的壓力、線圈電流＆電壓，診斷評價電磁閥勵磁／失磁密封性能、啟動／停止特性、動作時間、最小工作電壓、線圈冷熱態阻抗等。

（3）泄漏檢測：使用無損檢測技術或打壓試驗工具來檢查閥門實際是否存在泄漏，間接檢查閥門密封結構的完整性和有效性，主要包括紅外熱成像技術、聲發射技術，打壓試驗工具等。

基于閥門狀態的預防性維修的關鍵是首先對關鍵閥門進行狀態檢測，根據實測結果分析判斷閥門狀態，確定閥門檢修方案。如閥門性能狀態良好，則只需記錄閥門各項性能參數及曲線即可；如無較大問題，通過調整設定參數就可達到標準狀態，則只需根據測試參數對閥門進行調整即可；如存在較大問題，則需鎖定故障，制定針對性的維修方案，實施現場維修活動。

在實施糾正性維修和基于時間的預防性維修時，首先也需進行閥門狀態診斷測試，確定故障原因，確定是否還存在其他故障或隱患，需追加維修項目，根據實測閥門狀態制定或調整維修方案，實施閥門現場維修。

在現場維修活動結束后，還需再次進行閥門狀態診斷測試，并對閥門的設定參數進行設定調整，將各項設定值調整到規定范圍。調整完畢后再進行整體性能測試試驗，可等同于品質再鑒定試驗，最后還需通過功能再鑒定試驗。

3．3．3 完善閥門狀態管理數據庫

在運行階段，需記錄在閥門上實施過的維修、維護工作，包括但不限于以下幾點：

1）運行期間狀態異常報告；

2）閥門性能診斷測試試驗報告：測試的性能參數、曲線、分析結論及維修建議等；

3）閥門維修過程記錄；

4）零部件的維修及更換記錄；

5）維修后品質、功能再鑒定報告。

3．3．4 優化預防性維修大綱

閥門預防性維修大綱經過一段時間實施后，對多次測試獲得的閥門性能參數和曲線進行趨勢分析，并將分析結果用于預防性維修大綱優化，流程如圖1所示。尤其是對基于時間進行預防性維修的閥門，可根據現場實測的閥門性能情況，如發現其性能降質較嚴重，則需縮短維修周期，并考慮采取有效措施應對造成閥門降質的因素；如檢測發現閥門性能仍保持較好水平，則可適當延長維修周期，加強監測，在閥門性能出現較大問題前安排維修，有效節約維修成本。

圖1 關鍵設備狀態管理實施流程圖Fig．1 The procedure of critical valve condition management

4 結論

根據國內核電中長期發展規劃的要求以及核電 “自主發展”和 “走出去”的戰略目標，核電關鍵技術國產化迫在眉睫。核電關鍵閥門國產化工作雖然取得了階段性進展，但仍存在巨大的提升和發展空間。同時，國內核電站大量采用的進口關鍵閥門在實際運行中也出現過較多缺陷。為了核電安全、穩定、經濟地運行，對國產關鍵閥門實施全壽期狀態管理將有效提升核電站關鍵閥門的管理的提升，并大力促進我國核電關鍵閥門的設計制造水平，為我國核電事業進一步發展貢獻力量。

［1］INPO AP－913：Equipment Reliability Management［R］．

［2］黃萍，等 ．核電廠關鍵閥門狀態管理規范改進研究報告 ［R］．

Preliminarily Discussion on Condition Management for Critical Valves in Nuclear Power Plants

SHU Zhi－feng，HUANG Ping
（Research Institute of Nuclear Power Operation，Wuhan，Hubei Prov．430070，China）

This paper introduces the latest grading principle for valves in nuclear power plants，and describes the necessity of condition management for critical valves．The valve condition management in the purchasing，acceptance，installation，commissioning and operation phase is analyzed in details．It provides reference for the domestic nuclear power plants to implement the valve condition management．

critical valves；condition management；diagnostic testing；monitoring

TM623 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0362－05

TM623

A

1674－1617 （2017）03－0362－05

10．12058／zghd．2017．03．362

2017－05－13

舒芝鋒 （1983—），男，湖北監利人，工學碩士，工程師，現主要從事核電設備狀態檢修技術研究工作。 （E－mail：shuzf＠cnpo．com）

（責任編輯：白佳）