除氧器水位調節閥喘動原因分析及處理

韋洪剛，宋國富，張鵬

（中廣核核電運營有限公司，廣東深圳518120）

1 事件描述

在CPR1000機組某次大修中，除氧器水位調節閥完成易損件更換后進行校驗時，發現在給定25%、50%、75%開度信號后，定位器氣源壓力表和輸出壓力表均存在大幅波動現象，同時伴隨有明顯的流量放大器(Booster)間歇式排氣聲音，真實閥位在指令開度附近喘動。

2 原因分析及處理

2.1 閥門功能及原理介紹

除氧器水位調節閥的控制信號，由實測水位與給定水位的偏差信號，經控制器運算后給出，通過改變閥門開度調整除氧器入口給水流量，保持除氧器水位在給定值。若出現閥門調節異常，除氧器水位低則將直接導致蒸發器主給水泵跳閘，除氧器水位高時導致除氧器隔離。

除氧器水位調節閥是雙缸進氣，帶有失氣保持功能的氣動調節閥，采用TZID智能型定位器，調節閥的控制回路管線布置圖如圖1所示。下面將對儀控部件的功能逐一介紹。

圖1 除氧器水位調節閥氣路管線布置圖

①調節閥所使用的TZID智能定位器，是ABB公司生產的，廣泛用于CPR1000機組常規島的調節閥。TZID定位器內部可以分為三個部分，a IP及集成電路板，用于將接收到的4～20mA信號轉換為氣壓控制信號輸出；b操作面板，用來進行閥門參數調整和校驗、設置定位器工作模式；c信號接線端子接收4～20mA控制信號，同時送出4～20mA閥位信號指示就地閥門開度。

TZID定位器閥門開度調節是一個閉環調節，TZID將接收到的4～20mA指令信號轉換為數字信號，作為閥位給定值，與行程傳感器實測閥位做比較，根據閥位偏差由定位器內部處理器自動計算給出氣壓控制信號。對于雙缸閥門，I/P采用Y1/Y2雙路輸出的形式，Y1輸出用于控制上缸進氣壓力，Y2輸出用于控制下缸進氣壓力。當需要閥門開大時，Y2輸出大于Y1輸出氣壓信號，使得閥門下缸進氣氣壓增加、進氣量增大，閥門開大，同時閥位反饋信號增大，當閥位達到給定開度時，定位器處理器計算出的上下缸的控制信號偏差消失，Y1與Y2輸出趨于穩定（考慮膜盒內彈簧作用，兩者壓力不完全一致）。反之亦然，當閥門需要關小時，Y1的輸出氣壓信號大于Y2輸出氣壓信號，使得閥門逐漸關小，當達到穩定閥位時，Y1與Y2輸出又趨于穩定。

定位器背部裝有反饋臂，安裝時需要根據閥門的行程準確定位掛鉤在反饋臂的位置，反饋臂上下行程在閥門全開和全關位置時應該在-28～+28度范圍內，否則定位器無法進行自動校驗。

②鎖氣器在氣源壓力正常時保持氣路暢通，使得閥門上下缸能正常進氣調節。當失去氣源，供氣壓力降低至鎖氣器動作值時，切斷通往閥門上下氣缸的氣路，使上下缸氣壓保持穩定，保持閥位不變。

③流量放大器，在保持定位器輸出壓力大小不變的同時放大流量，使得閥門控制響應速度加快，一般位于閥門控制的最后一級，除氧器水位調節閥使用的是愛默生61H型號。

④過濾減壓閥為定位器、Booster等閥門部件提供適當壓力的氣源的同時，防止異物進入氣動控制回路。

2.2 閥門喘動分析過程

根據2.1節的原理分析，除氧器水位調節閥控制主要有TZID的I/P決定，Booster使閥門的響應速度加快，而鎖氣器主要用于失氣保持。

因本次易損件更換時，定位器更換所用備件已經儲存了近10年，存在備件庫存年限較長導致TZID定位器的I/P輸出波動的可能。為排除I/P故障，首先領取新備件更換了TZID定位器的I/P，異常現象仍存在，將新舊I/P備件拆解進行對比檢查，兩個備件的滑閥結構、密封面無明顯異常；目視檢查新I/P的密封墊片壓痕較重，分析認為不會影響信號輸出。

排除I/P異常后，將閥門至于手動控制模式，由TZID自帶操作面板手動給定閥位信號在50%開度，發現操作面板實測閥位反饋信號在變化，閥位以約每秒1%的速度在緩慢增加，分析認為閥門下缸有額外的氣壓輸入導致下缸進氣量增加，閥門增大，故障點定位于定位器Y1輸出到閥門下缸的Booster存在異常。

2.3 61H Booster故障機制

61H Booster在閥門控制中，起著保持控制氣壓不變，輸出流量放大的作用，其原理如下圖。信號氣壓從上部進入放大器壓迫膜片A，推動金屬架C向下移動，迫使滑閥閥塞向下移離開閥座（下閥），氣源壓力與BOOSTER輸出端聯通，直至P1=P2，氣源被截止；當P1減小時，P2＞P1，金屬架向上移動與滑閥閥塞之間產生間隙（上閥），氣室B中空氣從排氣口排出；隨后滑閥閥塞在回座彈簧的作用下向上移動，減小與氣流室接觸面之間的間隙，進氣減少，氣室B中壓力減小，直到P2=P1時達到平衡。小孔D與E相連通，使P1和P2相平衡。

根據61H Booster的工作原理，當滑閥閥塞與閥座的結合面密封性不好時，容易出現故障。當滑閥下閥密封面不嚴時，氣源壓力會源源不斷地注入到BOOSTER的輸出側，Booster的B氣腔壓力P2＞P1，推動金屬架向上移動，導致Booster排氣孔源源不斷的排氣。

圖2 61H Booster結構示意圖

本次調節閥故障現象，未出現Booster排氣孔不斷排氣的現象，而是定位器氣源壓力指示表和輸出壓力指示表在Booster間歇排氣時大幅波動，分析認為可能是Booster滑閥閥塞(下閥)的泄漏量較小，氣源泄漏到氣腔B的壓力相對較小，使得P1/P2可以通過平衡腔室D/E之間達到平衡。這時，來自定位器下缸輸出的Y1信號被動增大，下缸Booster輸出氣壓增大，下缸進氣量增加，閥門閥位緩慢上漲。

由于TZID對于閥位反饋的響應較靈敏(TZID定位器的反應靈敏度與TZID死區設置有關，當閥位變化比指令信號超過調節死區時，定位器即有消除閥位偏差的動作)，當閥位上漲超過死區設置值時，定位器下缸輸出Y1就會減小，輸出壓力指示表指針減小，下缸Booster就會排氣，由于滑閥閥塞密封不嚴導致氣源管線與Booster輸出連通，定位器氣源壓力指示表也跟隨波動。

2.4 處理結果

在重新更換Booster備件之后，通過TZID操作面板給定25%、50%、75%指令信號，61H Booster間歇排氣的現象及定位器輸出壓力指示表波動未復現。

3 結論

對于使用TZID定位器和61H Booster的氣動調節閥門，在遇到閥門喘動、Booster排氣聲音大時，需要檢查定位器的I/P或61H Booster。對于雙缸閥門，在檢查的時候，可以遵循如下邏輯。

①如閥門主控操作時存在喘動現象，需要檢查主控到閥門的指令信號，確認指令信號無明顯波動。

②將TZID定位器置于手動模式，給定中間開度信號觀察閥位變化情況；若閥位基本不變,則首先檢查I/P。

③如確認I/P無異常，則檢查61H Booster；在手動模式給定開度下，閥位發生變化，對于雙缸閥門，上缸進氣時閥門關，下缸進氣閥門開，如閥門往開的方向變化，需要檢查與下缸相連的Booster，反之需檢查上缸相連Booster。