安全殼壓空入口隔離閥事故緩解策略分析與探討

王雷剛

（三門核電有限公司 維修處，浙江 臺州 317112）

0 引言

三門核電一號機(jī)組儀用壓空供氣管線殼外氣動(dòng)隔離閥（1-CAS-PL-V014，簡稱1-CAS-V014）為核Ⅱ級氣動(dòng)球閥，其設(shè)計(jì)功能是在機(jī)組正常運(yùn)行或大修時(shí)，給安全殼內(nèi)氣動(dòng)閥等用戶提供儀用壓縮空氣。另外，在事故工況下提供安全殼隔離。該閥門原供貨商為美國閥門廠家CRANE。2015年一號機(jī)組調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)該閥門內(nèi)漏嚴(yán)重，由于維修需要使用的專用工器具報(bào)價(jià)高達(dá)百萬，而倉庫也沒有合適的備件可以更換。為了ILRT（安全殼整體泄漏率試驗(yàn)）及機(jī)組冷試、熱試等節(jié)點(diǎn)的順利推進(jìn)，決定臨時(shí)使用二號機(jī)組同位號的閥門進(jìn)行替代，替代閥門由江蘇神通閥門廠生產(chǎn)。后經(jīng)公司決策，將該閥門作為一號機(jī)組閥門永久使用。因此，該閥門成為三門核電一號機(jī)組核級閥門中，唯一一臺國產(chǎn)閥。該閥門如果在機(jī)組正常運(yùn)行期間意外關(guān)閉，將導(dǎo)致安全殼內(nèi)氣動(dòng)閥等用戶失氣，引起反應(yīng)堆停堆等重大事故。

針對該設(shè)備專門編制了工作程序《CAS系統(tǒng)儀用壓空供氣管線殼外氣動(dòng)隔離閥SPV設(shè)備緩解策略分析報(bào)告》，對該設(shè)備進(jìn)行了分析和討論。其中，事故緩解策略是基于如何避免閥門意外關(guān)閉的，包括定期巡檢，檢查是否有漏氣、電磁閥異響或者電磁線圈溫度異常。維修方面，預(yù)測性維修項(xiàng)目包括每3個(gè)大修周期執(zhí)行1次診斷試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)附件校驗(yàn)；預(yù)防性維修項(xiàng)目包括每6個(gè)大修周期執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)大修、電磁閥更換和填料更換，此外還有定期執(zhí)行的全行程試驗(yàn)（在役試驗(yàn)要求1C）和閥座密封性試驗(yàn)（安全殼泄漏率試驗(yàn)要求30M），缺少意外發(fā)生后的緩解策略[1]。本文從一次模擬1-CAS-V014意外關(guān)閉試驗(yàn)入手，提出了當(dāng)前配置狀態(tài)下的事故緩解方案，并結(jié)合閥門特點(diǎn)，提出了后續(xù)改造方案，以降低其失效帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

1 模擬試驗(yàn)

1-CAS-V014的設(shè)計(jì)功能是在機(jī)組正常運(yùn)行或大修期間，提供儀用壓縮空氣通路。另外，在安全殼內(nèi)蒸汽或給水管線破裂等事故工況需要隔離或冷卻安全殼時(shí)，隔離安全殼及安全殼內(nèi)儀用壓空管線。如果需要執(zhí)行安全殼隔離功能時(shí)，閥門無法關(guān)閉或者內(nèi)漏，將引起放射性物質(zhì)外漏；如果在機(jī)組正常運(yùn)行期間，1-CAS-V014意外關(guān)閉，由于殼內(nèi)有定位器等存在動(dòng)態(tài)耗氣的設(shè)施，以及氣源管線存在難以避免的泄漏，殼內(nèi)母管壓力將逐漸降低。當(dāng)降低到某一值時(shí)，專設(shè)相關(guān)閥門將進(jìn)入失效位置，比如PXS-V108A/B（PRHR HX流量控制閥）將打開，進(jìn)而觸發(fā)停堆信號。

運(yùn)行人員曾模擬殼內(nèi)壓空隔離閥意外關(guān)閉后殼內(nèi)安全專設(shè)的響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)閥門6點(diǎn)35分30秒關(guān)閉后，6點(diǎn)48分05秒時(shí)第1臺安全專設(shè)閥門1-PXS-PL-V108A關(guān)反饋消失，在6點(diǎn)48分26秒時(shí)第2臺安全專設(shè)閥門1-PXSPL-V108B關(guān)反饋消失，即從壓空喪失，到第1個(gè)安全專設(shè)動(dòng)作，用了12分35秒。

從模擬試驗(yàn)可知，即使1-CAS-V014意外關(guān)閉，由于母管內(nèi)的壓力大約為116PSI，大于專設(shè)閥門的失效動(dòng)作壓力，專設(shè)閥門并不會馬上動(dòng)作，不會馬上引起停堆。如果能夠在一定的時(shí)間內(nèi)打開該閥門，即可將事故損失降到最低。因此，為了避免因1-CAS-V014意外關(guān)閉導(dǎo)致停堆，在不改變當(dāng)前配置情況下，應(yīng)該從以下兩方面入手：1）減緩母管的壓降速度；2）盡快打開閥門。

2 當(dāng)前配置情況下的事故緩解策略

2.1 減緩殼內(nèi)壓空母管的壓降速度

減緩壓降速度可以為后續(xù)采取措施打開1-CAS-V014提供更充裕的響應(yīng)時(shí)間。由于殼內(nèi)設(shè)有多臺存在動(dòng)態(tài)耗氣的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)定位器的工作原理，定位器的輸出壓力越高，動(dòng)態(tài)耗氣也越多。因此，如果將不是特別關(guān)鍵的閥門置于失效位置，將可以減少這些用戶的耗氣，從而實(shí)現(xiàn)減緩壓降速度的目的。

經(jīng)梳理發(fā)現(xiàn)，殼內(nèi)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥共9臺。其中，1-VWSPL-V064A/B/C/D的作用是安全殼再循環(huán)風(fēng)扇冷卻盤管溫度控制閥，用來控制安全殼內(nèi)大氣溫度，它們在正常運(yùn)行時(shí)存在一定開度。因此，建議在閥門意外關(guān)閉后，主控室優(yōu)先手動(dòng)將這4臺閥門置于100%開度。其他5臺閥門，如果調(diào)整可能引起降功率或者停堆，建議保持當(dāng)前狀態(tài)[2]。

其次，由于殼內(nèi)壓空母管沒有配置壓力監(jiān)測裝置，一旦閥門關(guān)閉，由于無法判斷何時(shí)會觸發(fā)停堆信號，何時(shí)需要手動(dòng)干預(yù)，導(dǎo)致主控室處于十分被動(dòng)的狀態(tài)。

殼內(nèi)使用壓空的安全專設(shè)氣動(dòng)閥，包括1-PXS-PLV014A/B、V015A/B和V108A/B，在調(diào)試期間，使用診斷設(shè)備分析了這6臺閥門的落座力、行程等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)1-PXSPL-V108A/B失效動(dòng)作壓力最高，為34.5PSI，這也和運(yùn)行模擬試驗(yàn)情況一致。因此，一旦1-CAS-V014意外關(guān)閉，需要重點(diǎn)關(guān)注1-PXS-PL-V108A/B的狀態(tài)。

2.2 盡快打開閥門

當(dāng)意外發(fā)生時(shí)，除了盡量減緩壓降速度，還應(yīng)該盡快打開1-CAS-V014。打開閥門需要考慮并了解閥門的布置、失效原因等。

2.2.1 閥門布置

三門核電1號機(jī)組壓縮空氣和儀表空氣系統(tǒng)（CAS）分為3個(gè)子系統(tǒng)：儀用壓空子系統(tǒng)、廠用壓空子系統(tǒng)和高能壓空子系統(tǒng)。其中，儀用壓空子系統(tǒng)為氣動(dòng)閥等提供壓縮空氣，廠用壓空子系統(tǒng)將壓縮空氣分配到各個(gè)接口，為全廠氣動(dòng)工具和氣動(dòng)泵提供壓縮空氣。高能壓空子系統(tǒng)為主控室應(yīng)急居留系統(tǒng)等提供壓縮空氣，儀用壓空子系統(tǒng)的安全功能是安全殼隔離，殼外隔離閥即為1-CAS -V014，殼內(nèi)隔離閥為止回閥。

2.2.2 閥門結(jié)構(gòu)

1-CAS-V014的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為單作用齒輪齒條式，型號為QDS400-S12，閥體為球閥，型號為H2QS6K6W7Y-150P。配備的儀控附件有過濾減壓閥（型號ASCO）、電磁閥（ASCO NT8316）和限位開關(guān)（Go-switch）。氣源管路上配置用于診斷測試的兩個(gè)快插接頭（Swagelok），閥桿上貼有永久式應(yīng)變片QSS[3]。

2.2.3 失效可能及補(bǔ)救措施

根據(jù)閥門的結(jié)構(gòu)及儀控附件配置，1-CAS-V014存在多種失效可能，任一部件失效都可能導(dǎo)致閥門意外關(guān)閉，針對不同的失效原因，需要采取不同的補(bǔ)救措施。

1）電磁閥意外失電

說明：電磁閥由安全級系統(tǒng)IDS（1E級直流電和UPS系統(tǒng)）供250V直流電，并由安全級儀控系統(tǒng)PMS（保護(hù)和安全監(jiān)控系統(tǒng)）控制，該閥門設(shè)計(jì)為常開，即電磁閥常帶電。如果電磁閥意外失電，那么將導(dǎo)致閥門在10s內(nèi)關(guān)閉。

補(bǔ)救：電磁閥失電的補(bǔ)救措施主要考慮快速將過濾減壓閥后的壓空引入氣缸內(nèi)，因此可以利用快插接頭，將過濾減壓閥后和電磁閥后的快插接頭連接起來。同時(shí)，在電磁閥排氣口上安裝堵頭，防止排氣。

2）儀用壓空喪失/過濾減壓閥故障

說明：1-CAS- V014為氣動(dòng)閥，意味著它也需要供氣。如果為其供氣的管線破裂，或者過濾減壓閥故障，將引起供氣不足，導(dǎo)致閥門關(guān)閉。

補(bǔ)救：目前配置情況下沒有快速的方案，只能將執(zhí)行機(jī)構(gòu)拆除，并使用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)閥軸。

3）氣缸磨損

說明：如果由于預(yù)防性維修不恰當(dāng)或者O型密封圈失效或氣缸內(nèi)壁磨損等，導(dǎo)致氣缸內(nèi)壓力無法維持，將使閥門無法全開，甚至關(guān)閉。

補(bǔ)救：可以嘗試將過濾減壓閥的設(shè)定值提高，如果仍然無法打開，那么只能拆除執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并使用扳手打開。

2.3 當(dāng)前配置下的優(yōu)化建議

根據(jù)上文描述，為了降低1-CAS-V014意外關(guān)閉帶來的影響，建議采取如下措施：

1）制作連通快插接頭的專用工具

將此專用工具固定在閥門上，并在電磁閥排氣口上安裝swagelok快插接頭，為運(yùn)行人員開展此工具使用培訓(xùn)，保證失電或者電磁閥故障時(shí)，運(yùn)行值班員能夠正確快速地跨接電磁閥，打開閥門。

2）為執(zhí)行機(jī)構(gòu)加裝手輪機(jī)構(gòu)

在壓空管線破裂或者氣缸內(nèi)壁磨損時(shí)，使用手輪打開閥門。

此外，考慮到閥門的實(shí)際安裝位置，還建議采取以下事故緩解策略，提高事故情況下的快速響應(yīng)能力。

①搭設(shè)便捷操作平臺

該閥門位于12405房間的高處，需要搭設(shè)腳手架才可接近閥門。如果事故情況下，需要穿戴安全帶才能接觸到該閥門，將增加至少一分鐘的時(shí)間，因此需要搭設(shè)一個(gè)永久操作平臺，以及爬梯。因?yàn)榕捞莞叨刃∮?.5m，按照目前公司的規(guī)定，可不穿戴安全帶，這將節(jié)省掉一部分時(shí)間。

②增加該房間的通風(fēng)

該閥門所在房間有氮?dú)夤芫€，存在窒息風(fēng)險(xiǎn)，門口也貼有“如需進(jìn)入，需佩戴氧表”的提示，建議增設(shè)永久通風(fēng)措施，保證房間的氧含量。如果無法變更，那么建議在該房間內(nèi)配置永久氧表及呼吸面罩，保證操作人員的人身安全。

③房間門常開

通常情況下，該閥門所在的12405房間房門上有鎖，需要到隔離辦借用鑰匙，即使運(yùn)行人員處理，也需要找到正確的鑰匙，增加了響應(yīng)時(shí)間。雖然目前有些鑰匙是裝在門鎖上的，如果鑰匙損壞，也將導(dǎo)致房間無法進(jìn)入。因此，建議取消該房門上的閉鎖裝置。

3 后續(xù)改造建議探討

3.1 更換執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型

據(jù)調(diào)查，國內(nèi)包括M310機(jī)組、華龍一號等堆型，均設(shè)有殼外壓空供氣隔離閥，該閥門的主流設(shè)計(jì)是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)加球閥的配置，只有AP1000采用了氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)加球閥的配置。

因此，可考慮將1-CAS-V014更改為電動(dòng)閥，并配置手輪。由于電動(dòng)閥不存在失氣風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)電動(dòng)閥失效保持的特點(diǎn)能夠保證殼內(nèi)持續(xù)供氣，能夠一定程度上避免閥門意外關(guān)閉帶來的停堆風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 在殼內(nèi)壓空母管上增設(shè)壓力變送器

根據(jù)上文描述，由于母管上沒有壓力指示，導(dǎo)致閥門關(guān)閉后，主控室無法采取合理有效的措施。因此，建議在殼內(nèi)壓空母管上增設(shè)壓力變送器。

4 結(jié)束語

三門核電儀用壓空殼外隔離閥由于其功能的重要性及失效后帶來的嚴(yán)重后果，已經(jīng)引起了公司內(nèi)部的高度重視，曾經(jīng)有國外電廠發(fā)生過由于該閥門關(guān)閉導(dǎo)致的停堆事故。本文結(jié)合現(xiàn)場配置，討論了閥門意外關(guān)閉后的響應(yīng)措施，并根據(jù)當(dāng)前配置情況提出了一些改進(jìn)建議，希望能夠有效降低該閥門失效后帶來的影響。