華龍一號穩壓器熱態安全閥組的特性分析

周海濤 王亞龍

摘要：華龍一號穩壓器安全閥實際上是一個閥組，安裝于穩壓器頂部，它用于反應堆冷卻劑系統的超壓保護，對調節穩壓器的正常壓力起重要作用，其包含有超壓保護、卸壓與系統隔離及惡劣工況下的降壓功能，是保障反應堆安全運行的關鍵所在。

關鍵詞：熱態安全閥;特性分析;故障處理

一、穩壓器安全閥介紹

華龍一號機組穩壓器的超壓保護由三個安全閥組提供。每組安全閥由兩臺相似的先導安全閥串聯安裝而成。

第一組安全閥的釋放容量可保證在電源全部喪失的情況下，RCS系統最大負荷時的壓力不超過設計壓力。

其余兩組安全閥的釋放容量則是按照全部主蒸汽隔離閥關閉造成的負荷完全喪失這個最嚴重的超壓工況設計的。

在確定安全閥組的數量以及它們的釋放容量時，必須允許由于一個穩壓器安全閥組誤開啟引起的反應堆冷卻劑系統卸壓。每個閥組的過大釋放容量也是不推薦的，因為在瞬態開 始時它增加了由于快速降壓引起DNB的風險。

二、華龍一號安全閥組特性分析

1.與M310機組對比，其結構差異分析

福清核電1-4號機組先導式安全閥基于冷態解決方案，（如圖1所示）。閥組有獨立的控制柜。控制柜上僅有一組R1/R2，閥組隔離閥與安全閥分離，組件體積較大。

福清核電5/6號機組先導式安全閥基于熱態解決方案（如圖2所示），熱態方案的先導閥由壓力探測頭、上三通閥、下三通閥、調節系統以及三通電磁閥五大部分組成，其中上三通閥由雙向分配器R1、R2、球體和頂針組成。其中DCM模塊替代了舊的冷態方案的控制柜組件，沒有了控制柜及其管路組件，減少了先導箱固定托架、冷凝罐、平衡罐、banjo接頭，專用工具則不需要注水裝置、真空泵，壓力整定試驗臺也從BEAN4試驗臺優化為BEAN5試驗箱，使得整個閥門結構更緊湊，體積更小，效率更高且風險更小。也因此控制回路不再需要冷凝水，直接使用一回路介質，也不再需要進行沖水排氣操作;而且通過FTD組件可以對隔離閥進行在線壓力整定。

2.安裝及調試階段的差異分析：

冷態方案的穩壓器安全閥安裝先導箱時需要模擬體，以保證脈沖管線banjo接頭與先導箱過濾器以及控制管線與先導箱法蘭間的平行度和同心度。安裝公差控制點多，安裝難度很大。而熱態方案的先導閥直接安裝在主閥上，所以在利用模擬體定位閥組進出口法蘭后，可以直接將閥組/先導閥整體安裝到穩壓器上，簡單便捷。

華龍一號穩壓器安全閥采用熱態方案，具體試驗操作步驟變化較大，相對于M310機組減少了“穩壓器安全閥故障報警漏斗水位和脈沖管溫度報警的邏輯”。除了核查卸壓閥的運行正常、驗證三組安全閥的卸壓能力、監測在全流量工況下隔離閥關閉的能力、檢查反應堆冷卻劑系統的最小壓力、驗證安全閥強制開啟時間這些試驗外，還需增加低溫超壓保護模式下的驗證方法;而對于接近或高于設定壓力的水壓試驗，可使用機械GAG（水壓試驗用DCM先導閥機械鎖定裝置）鎖定DCM防止其在試驗期間打開，該裝置集成在閥門本體上，在DCM中的壓力達到設定壓力的75%0 / + 10%，該裝置僅稍微用手擰緊即可。

3.采用熱態安全閥組后，對檢修工作的影響：

華龍一號安全閥組DCM中控制介質為一回路水，檢修放射性增大，但華龍一號穩壓器安全閥則采用石墨材料和金屬波紋管，相較于1-4號機組大部分采用的橡膠材料來說，其抗輻射老化和熱老化的能力大幅提升，主閥和先導閥解體檢修周期可由5年延長到10年。且閥門易損件的更換維修次數減少，維護需求降低;而且穩壓器安全閥組基于模塊化設計制造，結構緊湊，檢修解體可模塊化進行，檢修方便。

三、熱態安全閥組故障處理及預防措施

熱態方案中，當一回路壓力升至0.6MPa時，發現先導閥（DCM）泄壓管線存在線狀流泄漏;該泄漏問題主要是由DCM閥門密封面損壞造成的，經與同行電廠（田灣核電）核實，M310機組所使用的熱態安全閥組同樣存在此類問題。參照運維手冊及同行電廠經驗可通過操作電磁三通VHT050對DCM閥門進行一次或多次沖洗來消除，如缺陷仍未完全消除，則需要對閥門進行拆卸并檢查光盤和座椅表面。

調試人員對此泄漏進行了根本原因進，具體如下：

A、機械損傷，密封面在開閉過程中會產生擦傷、碰傷、擠傷等損壞。閥門在封閉過程中、閥瓣在回座過程中會碰傷和擠傷密封面，使密封表面局部磨損或產生壓痕。

B、介質的沖蝕，它是介質活動時對密封面磨損、沖洗、汽蝕的結果。介質在一定的速度下，介質中的浮游細粒抵觸觸犯密封面，使其造成局部損壞，高速活動的介質直接沖洗密封面，使其造成局部損壞，介質混流和局部汽化時，產氣憤泡爆破沖擊密封面表面，造成局部損壞。介質的沖蝕加之化學侵蝕交替作用，會強烈的浸蝕密封面。

C、管道內硬質雜質較多，吹掃清洗不干凈，造成密封面的劃傷，也會導致閥門內漏。

D、閥門的倉儲環境或安裝環境較差，造成閥座銹死，內部彈簧不起作用，致使閥座和球面不能貼合，引起內漏。此種情況只有通過更換閥座或廠家維修才能解決。

F、軟密封閥門的內漏也不能排除閥門自身的原因，如閥瓣與閥座不平行、閥座坑洼不平等均會造成閥門內漏。

綜上所述，產生閥門泄漏的原因較多，未避免安全閥組及先導閥（DCM）泄壓管線發生泄漏，保持較長壽命，需要把握以下幾個方面：

A、閥門進場及時驗收，嚴格質量檢查;進場后采取有效措施確保閥門兩端密封良好，法蘭密封面保護到位。

B、閥門試壓完畢應及時采用氣體吹干內部水分，并將兩端封閉。已安裝的管線端部應做封閉保護，避免水汽、灰塵等雜質的進入。

C、閥門安裝完成后及時做閥門試驗，閥門試驗嚴格按規范要求執行，試驗不合格的閥門及時通知廠家更換，避免責任不清。

D、切實加強管道預制、安裝過程的管理。管道預制、安裝前要先對管道內部進行清理，清除管道內雜質;施工過程中，嚴禁將工具及雜物放到管道中;施工后，管線沖洗應徹底，不留死角，確保設計的沖洗方式正確，對沖洗壓力、沖洗次數、沖洗質量嚴格要求。

E、嚴格控制采購質量，加強對供應商的管理;加強施工管理，嚴格執行工序檢查，盡量減少閥門內漏的發生。閥門出現內漏、關閉不到位情況時及時通知廠家，按廠家要求操作或等待廠家維修人員到現場解決。

總結：

先導閥是工藝管線上控制介質流通的關鍵部件，華龍一號機組穩壓器所采用的熱態先導式安全閥發生卡開的可能性更低，并且閥門在啟跳前密封更好，無前泄發生，啟跳準確，回座迅速，閥門整體的可靠性有了很大的提高，保證了在事故工況下閥門能夠可靠地行使其設計功能。