主蒸汽隔離閥常見問題及應對措施

胡文盛,謝祖妙,張瀟宇

(福建福清核電有限公司,福建 福清 350318)

主蒸汽隔離閥 (簡稱MSIV)是核電廠關鍵安全級設備，其主要功能有:1)任何位置的蒸汽管道或給水管道破裂后，主蒸汽隔離閥能在5 s內截斷任一方向的蒸汽流，以維持反應堆冷卻劑溫度和安全殼壓力在可接受范圍內;2)反應堆處于熱停堆狀態時，主蒸汽隔離閥用來進行系統隔離，便于下游設備的檢修;3)主蒸汽隔離閥及其上游管線是安全殼的自然延伸，起到第三道屏障的作用。

在某核電廠調試運行過程中，主蒸汽隔離閥出現無法開啟、油壓低、油壓無法保持、氣動泵頻繁動作等問題，影響機組調試和安全穩定運行。

1 主蒸汽隔離閥簡介

1.1 結構

某核電廠主蒸汽隔離閥由閥體和執行機構兩部分組成。閥體為楔式雙閘板閘閥，閥體閥蓋采用壓力自密封結構。執行機構為氣液聯動結構，液壓驅動閥門開啟;頂部半圓形腔室充滿氮氣，用作永不失效的彈簧，提供主蒸汽隔離閥快速關閉所需動力。執行機構液壓加壓裝置為氣動增壓泵，泄壓回路設計有A、B兩列冗余。

1.2 工作原理

閥門具有開啟、慢關、快關、局關四種動作模式。泵側和非泵側為冗余設計，以泵側為例，閥門具體動作過程如下:

(1)開啟模式:電磁閥117得電，其他電磁閥保持失電狀態。電磁閥117得電，壓縮空氣驅動氣動泵開始動作，克服執行機構頂部的氮氣壓力及摩擦力提升執行機構推桿，使閥門開啟。

圖1 MSIV工作原理圖Fig.1 The working principle of MSIV

(2)快關模式:電磁閥117失電，電磁閥2-89得電，其他電磁閥保持失電狀態。電磁閥117失電，氣動泵立即停運;電磁閥2-89得電，差壓閥2-28開啟，液壓油快速泄放至油箱，實現閥門快關，快關時間不大于5 s。

(3)慢關模式:電磁閥117失電，電磁閥2-10和2-89得電，其他電磁閥保持失電狀態。電磁閥117失電，氣動泵停運;電磁閥2-10得電，將節流閥2-50置于節流狀態，位置開關2-27A在2-50置于節流狀態后反饋信號并聯鎖電磁閥2-89得電，液壓油通過節流閥2-50泄放至油箱，實現閥門慢關，慢關時間約為1～3 min。

(4)局關模式:在機組運行期間，需要定期對主蒸汽隔離閥進行90%開度動作試驗，以驗證閥門動作是否正常。動作試驗前將閥門切換到試驗狀態，動作過程與慢關相同，但90%開度限位開關被觸發后，連鎖2-89失電及117得電，阻止進一步泄壓，并使閥門全開。

2 常見缺陷及應對措施

2.1 主蒸汽隔離閥無法開啟

2.1.1 問題描述

汽輪機非核沖轉前，暖管后MSIV前后壓差小于0.3 MPa，滿足開閥要求。但主控觸發開閥指令后，現場發現3臺MSIV均無法開啟。動作過程中，發現電磁閥117得電后，氣泵開始運行，但換氣頻率逐漸降低，油壓達到2600 psi(1 psi=6.895 kPa)左右時氣泵逐漸停止運行，閥門無法開啟。

2.1.2 原因分析

根據氣動增壓泵的增壓比，2600 psi油壓對應氣動泵入口壓空壓力 (即壓空減壓閥后壓力)約為43 psi，低于50.3 psi的標準氣壓。氣動增壓泵的進氣壓力偏低，導致液壓回路壓力不足，執行機構液壓提升力不足，無法克服閘板與閥座之間的摩擦力，進而閥門無法正常開啟。

對比發現，主蒸汽隔離閥在冷、熱態期間的壓空減壓閥出口壓力均有降低。減壓閥為鋁合金材質活塞式壓力調節閥，出口壓力由主彈簧壓縮量決定，即減壓閥出口壓縮空氣推動活塞克服主彈簧力，當出口壓空作用在活塞上的力與主彈簧力相等時，閥芯受底部小彈簧力作用向上運動，最終減壓閥關閉。活塞采用O型圈密封，潤滑脂潤滑。解體檢查減壓閥，發現潤滑脂存在變質現象，并且活塞缸存在磨損、卡塞。

表1 減壓閥設定值記錄表Table 1 The record sheet of pressure relief valve settings

圖2 減壓閥解體Fig.2 Disassembly of the pressure relief valve

2.1.3 措施及效果

該型號的壓空減壓閥在運行期間普遍容易磨損、卡澀，造成閥后壓力降低，導致氣動泵動力不足，閥門無法正常開啟。

當前臨時處理方法是清理打磨活塞缸，重新添加潤滑脂，可以緩解卡澀和壓力低飄問題。

為從根本上解決壓空減壓閥磨損卡澀問題，該核電廠正在進行物項替代工作，目前已在4號機組實施，初步驗證功能良好，待長期跟蹤效果。

2.2 主蒸汽隔離閥油壓低

2.2.1 問題描述

2017年8月22日，主蒸汽隔離閥4VVP003VV局關試驗后，4VVP003VV開啟油壓為2800 psi，3 min后發現油壓降至2650 psi，8月23日油壓則穩定在2700 psi。8月24日，4VVP003VV油壓降至2500 psi，調高壓空減壓閥定值，油壓因此升至2900 psi，但在5 min內降至2500 psi，并最終穩定在2650 psi。8月25日14:30，對4VVP003VV主蒸汽隔離閥B列進行局關試驗，開閥時油壓達到2900 psi后10 s內降至2600 psi。

主蒸汽隔離閥油壓低點接近低報值，如長期偏低，存在閥門誤關、機組非計劃停機停堆風險。

2.2.2 原因分析

2017年8月25日16:30，對4VVP003VV主蒸汽隔離閥A、B列泄油回路進行排查，發現B列泄油回路存在以下異常現象:關閉B列泄油回路隔離閥4VVP333VH，油壓沒有明顯變化;開啟B列泄油回路隔離閥，油壓在6 min內從3180 psi降至3010 psi后穩定不變。

根據以上現象判斷B列泄油回路在油路壓力較高時存在內漏，即差壓閥4VVP273DR和(或)電磁閥4VVP273EL、4VVP283EL內漏。

圖3 MSIV B列泄漏通道Fig.3 MSIV B column leak channel

如圖4所示，差壓閥4VVP273DR主要靠先導油壓保持密封，彈簧力較小，如果該閥密封面損壞或彈簧力不足，則會持續泄漏。同理，如果電磁閥4VVP273/283EL的密封面損傷，油系統會持續泄漏無法保壓，因此判定電磁閥4VVP273/283EL彈簧力不足。

圖4 差壓閥工作原理Fig.4 The working principle of the differential pressure valve

對電磁閥進行失磁密封性試驗，發現主電磁閥4VVP273EL功能完好，而試驗電磁閥4VVP283EL，泄漏率約為5 bar/min(泄漏率兩分鐘后即維持不變)，超出≤1.5 bar/5 min的合格標準。

圖5 試驗電磁閥283EL泄漏通道Fig.5 The leakage channel of the test solenoid valve 283EL

2.2.3 措施及效果

更換試驗電磁閥4VVP283EL后，開啟主蒸汽隔離閥后油壓不再異常降低，判定合格。

目前，該核電廠已制定電磁閥測試預防性維修項目，頻度為一個換料周期，確保電磁閥可靠性。

2.3 氣動泵頻繁動作

2.3.1 問題描述

某核電廠主蒸汽隔離閥4VVP002VV開啟到位后，其配套供油的氣動泵4VVP022PO仍在持續動作，且在動作過程中存在頻率不一的 “咔咔”聲。氣動泵頻繁動作會造成泵密封件磨損，泵降級失效，主蒸汽隔離閥在進行月度局部關閉試驗后將無法全開，影響機組效率;閥門全開運行期間如漏油泄壓，氣動泵將無法供油補償，造成主蒸汽隔離閥意外關閉，機組非計劃停堆。

2.3.2 原因分析

如圖6所示，根據主蒸汽隔離閥工作原理，氣動泵4VVP022PO持續動作的原因可能如下:1)氣動泵本體故障;2)泄壓回路存在漏點，油壓降低后氣動泵動作以維持油壓穩定;3)進油管線存在漏點，油壓降低后氣動泵動作以維持油壓穩定。

(1)氣動泵故障排查

拆除氣動泵4VVP022PO濾網，泵動作時活塞桿上下移動，說明泵在真實泵油，表明液壓回路存在泄漏，油壓下降后，泵啟動增壓泵油以穩定油壓，且泵功能正常。聽音確定泵體內部有“咔咔”異音，表明泵體內部可能存在異常卡澀、磨損，需解體檢查。

(2)泄壓回路泄漏排查

緩慢關閉氣動泵的供氣隔離閥4VVP205VA，氣動泵停止動作，觀察液壓回路油壓4VVP228LP讀數為3700 psi，持續20 min未見降低，判斷止回閥4VVP242VH下游管線無泄漏，可排除泄壓回路泄漏可能。

(3)進油管線泄漏排查

綜合泵故障排查和泄壓回路泄漏排查，確定進油管線存在外漏，即管線接頭存在泄漏 (布置在油箱內，日常不可見)。

2.3.3 措施及效果

(1)臨時措施

解體主蒸汽隔離閥的油箱時發現，油箱蓋板被旁邊的鋼梁嚴重擠壓變形，油箱蓋板連接螺栓難以拆除。部分切除油箱蓋板后，發現泵的出口接頭漏油，造成油路壓力下降，泵頻繁動作以穩定油壓。進一步解體氣動泵發現，活塞缸存在多道磨損劃痕。

進一步分析認為，油箱蓋板與鋼梁嚴重干涉所產生的應力傳導至泵體及其活塞桿，造成泵的出口接頭松動漏油、活塞桿與活塞不對中而卡澀磨損，鋼梁與油箱蓋板干涉是主蒸汽隔離閥氣動泵頻繁動作的根本原因。修復氣動泵后，不再產生頻繁動作和異音現象。

圖6 4VVP002VV油路、氣路圖Fig.6 4VVP002VV oil and gas circuits

圖7 氣動泵結構Fig.7 Structure of the pneumatic pump

(2)永久措施

某核電廠3號機組通過對鋼梁所在鋼平臺進行變更改造，鋼梁與油箱蓋板間的距離變化如圖9所示。

從圖9可見，機組到達熱停堆平臺后，主蒸汽隔離閥油箱與鋼梁距離幾乎不變;此外，兩者至少應有6 cm的距離，才能保證機組啟動后鋼梁不會對閥門產生干涉應力，保障主蒸汽隔離閥和機組的安全穩定運行。

圖8 現場干涉及泵異常情況Fig.8 Site interference and pump abnormal conditions

圖9 3號機組鋼梁改造后MSIV油箱蓋板與鋼梁距離Fig.9 Distance between the MSIV fuel tank cover plate and steel beam after modification of the steel beam of Unit 3

3 結 語

主蒸汽隔離閥出現無法開啟、油壓低、油壓無法保持、氣動泵頻繁動作是現場較為常見的問題，影響閥門的可靠性和機組安全穩定性。當前國內絕大部分M310機組和 “華龍一號”機組的主蒸汽隔離閥結構原理與該電廠類似，綜合上述問題分析和處理，主蒸汽隔離閥在設計、安裝和運維過程中需注意以下事項:

1)壓空減壓閥容易出現磨損、卡澀問題，影響氣動增壓泵出力，導致主蒸汽隔離閥無法開啟，需進行選型優化;

2)電磁閥應設置定期進行測試預防性維修項目，避免因密封性不合格而內漏，主蒸汽隔離閥因油壓過低而誤差;

3)主蒸汽隔離閥安裝時需考慮閥門與周邊構筑物的距離要求，避免熱態工況下閥門干涉受損。