核電廠通風系統防火閥應用現狀及維修優化分析

趙青 苑盼盼

摘? ? 要：防火閥是通風空調系統中重要的部件，核電站防火閥設計方法的正確與否直接關系到防火閥功能的正常發揮，從而影響核電的消防安全。為了提高核電廠防火閥的可靠性，對多個電廠防火閥的應用現狀和故障歷史進行了梳理，并采用故障模式及影響分析方法對不同防火閥故障機理和維修策略優化進行了研究。

關鍵詞：核電廠;通風系統;防火閥;維修

1? 引言

防火閥安裝于核電廠穿越防火分區的通風管道中間或末端。正常運行工況下處于開啟狀態，火災時當管道內氣體溫度達到70℃或280℃時自動關閉，用于對2個防火分區之間的管道隔離。其作用是切斷火災傳播途徑，防止煙氣從一個防火分區（或重要房間）蔓延到其他防火分區（或重要房間），防止火災燒毀排煙風機或其他設備。

2? 防火閥的分類

AP系列電站是在傳統成熟的壓水堆核電技術基礎上開發的先進的非能動的壓水堆（Advanced Passive PWR）。按照HAD102/11《核電廠防火》的要求，為保證核電廠具有足夠的安全性，核電廠的防火設計也有嚴格的設計要求。通風系統防火閥在通風防火與防排煙設計中起著關鍵性的作用。

2.1? 按功能分類

按功能劃分，其類型主要分為防火閥、防煙閥、防火防煙閥。核島廠房通風系統的風管穿越防火屏障時應設置防火閥，制造和試驗要滿足UL555的要求，閥門性能應滿足AMCA500和UL555，在空氣溫度達到70℃時，防火閥自熔關閉，限制火災以及煙霧的蔓延。當通風系統穿越有煙氣隔離要求關鍵區域時應安裝防煙閥，其制造和試驗應滿足UL555S的要求，性能應符合AMCA500和UL555S的規定。平時開啟，火災時通過就地手動或遠距離電動操作關閉閥門，火災后可遠距離自動復位。風管穿越安全相關區域、煙霧敏感區域時應設置防火防煙閥，其制造和試驗同樣應滿足UL555和UL555S的要求，性能滿足AMCA500和UL555S的要求。防火防煙閥除了可自熔關閉，還可根據火災探測及報警系統發出的信號聯動關閉。已設置防火防煙閥的地方不再設置防火閥。

2.2? 按結構分類

目前在建的AP系列電站中，按防火閥的結構劃分，可以分為單體閥和多體閥。當防火閥外形大邊<38英寸（965mm）時，均為單體閥。當高度或寬度有一邊>38英寸（965mm）時，在高度或寬度方向一分為二，分為兩個單體閥。當高度和寬度都>38英寸（965mm）時，在高度和寬度方向均一分為二，成“田”字形，共分為四個單體閥。不連接風管的防火閥只在防火閥內安裝易熔片加彈簧，不設復位驅動器。連接風管的防火閥，在防火閥套筒上就地安裝手動復位驅動器。防煙閥和防火防煙閥套筒上安裝電動執行機構。

在結構上，防火閥及防火防煙閥增加了鎖緊機構，以加強防火閥關閉的可靠性。閥門內設置易熔片，易熔片連接一個桿狀的“鎖門”，閥門外設置扇形鎖孔板，當易熔片熔斷，易熔片所連接的鎖門在套筒外的長度伸長，與扇形鎖孔板上孔穿插在一起，達到鎖緊的效果。

3? 防火閥應用現狀及故障

3.1? 防火閥應用現狀介紹

通過對多個核電廠核島通風系統防火閥的應用現狀調查發現，防火閥存在故障率高、涉及系統廣、重發概率大等諸多缺陷，且處理缺陷時隔離難度大，窗口難協調，給機組的安全運行帶來了嚴重的隱患。如，在機組正常運行期間，防火閥誤關導致相關通風系統不可用;排煙閥誤開導致相應房間風量失調;在安全防火區域（SFZ）和電氣廠房排煙系統（DVF）防火部件試驗時，防火/排煙閥頻繁出現動作異常致使試驗不合格，導致機組產生非預期事件等。

通過梳理某核電廠2015年度和2016年度SFZ試驗數據發現，SFZ試驗一次滿意率較低，且2016年度較2015年情況惡化，滿意度只有69%，另一核電廠防火閥試驗自2011年到2016年，通風系統防火閥定期試驗一次性合格率大約在70%，其中1號、2號機組DVL防火閥一次性合格率只有13%和25%，遠低于平均值。

3.2? 防火閥故障歷史簡介

2017年某核電廠展開核島通風系統防火/排煙閥專項檢查，共發現防火閥限位開關安裝異常、軸銷過短、閥板內傾、防火閥熔斷片無固定螺母等70余項缺陷。通過進一步梳理該集團內群廠防火閥故障案例，發現其主要故障原因涉及安裝、設計、產品質量、維修策略等多方面。

4? 防火閥FMEA

本文在深入了解核電廠各種防火閥基本結構后，將防火閥分為7個功能部分，并對每個部分涉及的零部件展開了FMEA。全文共分析了45種故障模式及其影響，概述如下：（1）框體及法蘭部分存在框體變形開裂、法蘭變形、螺栓松動、銹蝕、積灰嚴重、密封件老化破損等故障模式。故障影響主要表現在閥門動作卡澀或密封不嚴，導致在火災時無法隔離防火分區或阻斷火災蔓延。（2）葉片及葉片軸部分存在葉片斷裂、葉片軸彎曲或開裂、葉片夾板斷裂、積灰嚴重、銅帶組件松脫或斷裂等故障模式。故障影響主要表現在閥門卡澀、密封不嚴、排煙閥開啟時難以固定、閥板脫落損壞下游設備。（3）軸承組件部分存在軸承或軸套磨損、潤滑油脂不足或老化、密封端蓋松動等故障模式。故障影響主要表現在軸承磨損嚴重導致閥門動作卡澀。（4）內外溫感器、熔斷管及熔斷片部分存在溫感器組件松動、熔斷管銹蝕或斷裂、熔斷片銹蝕或脫焊、彈簧銹蝕或變形等故障模式。故障影響主要表現在火災時熔斷元件熔斷后因彈簧失效無法關閉閥門，或熔斷元件異常斷開導致閥門誤關，影響系統通風。（5）電動機構部分存在電氣元件故障（如電源模塊損壞、繼電器、限位開關、電機損壞）、機械元件故障（如連桿、撥片、軸銷、齒輪、爪牙輪、彈簧等磨損、銹蝕）、手動拉環與外溫感器松脫、接線端子松動、積灰嚴重、緊固件松動等故障模式。故障影響主要表現在閥門無法動作、卡澀、反饋異常，導致火災時無法隔離防火區域或操作員無法正確判斷閥門所處位置。（6）電磁機構部分存在電磁鐵銹蝕、掛鉤組件銹蝕或磨損、彈簧銹蝕或變形、插銷組件磨損或銹蝕、限位開關損壞、手動撥片損壞、接線端子松動、積灰嚴重、緊固件松動等故障模式。故障影響主要表現在閥門卡澀、反饋異常，導致火災時無法隔離防火區域或操作員無法正確判斷閥門所處位置。（7）手動機構部分存在手柄松脫、機構扭簧銹蝕或變形、擺板磨損或銹蝕、高溫開啟鋼絲繩銹蝕或松脫等故障模式。故障影響主要表現在閥門無法手動操作、高溫時開啟閥門操作困難或無法固定。

5? 防火閥維修策略優化建議

本文在分析防火閥故障模式及影響時，參考“以可靠性為中心的維修”方法，按照狀態監測（C）、定期翻新（R）、定期更換（D）、定期試驗（T）的順序，根據設備重要程度、使用頻度和運行工況，結合防火閥運行維修手冊、群廠經驗反饋及故障歷史與技術特性分析，制定了相應的維修策略。

從各核電廠防火閥實際使用情況出發，通過FMEA對防火閥的潛在失效模式與影響進行了深入分析，對原有防火閥的預防性維修策略進行了如下優化，對于提高核電廠防火閥的設備可靠性具有一定的指導意義。（1）在年度外觀與動作檢查中增加：①拆下溫感器檢查內部彈簧銹蝕斷裂情況和熔斷元件銹蝕斷裂情況;②打開軸承端蓋檢查潤滑情況。（2）新增定期更換熔斷元件，周期可根據現場使用情況調整。（3）新增定期更換電動機構，周期可根據現場使用情況調整。

參考文獻：

[1] 張亞婷，李晶.核電廠核島火災煙氣控制技術研究[J].應用能源技術，2018（11）.

[2] 高衛東，謝鵬，韓攬月.核電廠通風系統調試[J].電工技術，2016（12）.

[3] 李艷麗，關煒，陳琳.AP1000核島廠房防火分區設計[J].核科學與工程，2015（1）.