主蒸汽隔離閥月度試驗閥門不動作問題分析及處理

謝祖妙 余 源 王志強

(福建福清核電有限公司，福建 福清 350318)

1 概述

主蒸汽隔離閥(以下簡稱MSIV)安裝在壓水堆核電廠二回路主蒸汽系統管道上，是一個能執行5s內快速關閉的核安全功能的重要關鍵閥門。某核電1&2號機組的MSIV為美國Flowserve生產的一個包括了液、氣、電系統的線性活塞式機構。

該閥門的液壓缸上部是一個半球形的高壓氮氣罐，它的作用相當于一個永不失效的彈簧。液壓系統設有氣動油泵，高壓的液壓油進入液壓活塞下部，克服氮氣的壓力，驅動活塞上行，將閥門打開。閥門關閉則是通過將液壓回路泄油泄壓，被壓縮的高壓氮氣膨脹做功來完成的。

圖1 MSIV邏輯控制圖

2 主蒸汽隔離閥月度部分關閉試驗

MSIV的月度試驗為閥門部分行程(關閉10%的全行程)試驗。此試驗用于驗證泵側(B列)及非泵側(A列)的主排放電磁閥(2-89和3-89)和主排放閥(2-28和3-28)可用性。

在歷次主蒸汽隔離部分關閉試驗中，現場出現過閥門無法回到全開限位、無法切換至慢關回路、閥門無法脫開全開限位等多種問題?，F筆者依據不同情況問題，結合閥門結構原理進行探討并處理。

3 部分關閉試驗中閥門無法全開的問題

3.1 現場問題

某電廠在執行VVP-T-002(主蒸汽隔離閥部分關閉試驗)時完成閥門部分關閉后進行開閥動作，氣動泵工作一段時間后停止，此時閥門指示桿未觸及全開限位，即閥門處于半開位置，無法全開。

3.2 故障排查及處理

(1)進油回路堵塞。由于閥門氣動泵工作一段時間，且開始階段閥門上行，表明液壓油可以正常進入液壓回路中。且閥門系統中的油品均是化驗合格的，進油管路中不存在小孔等裝置。故進油回路堵塞的可能性較小。

(2)泵本身失效。由于氣動泵在前期均可正常動作，氣動泵的動作、聲音均順暢，無異常。該泵沒有在超工況下工作，泵本身失效可能性不大。但泵的氣動活塞是否卡澀需解體才能進一步確認。

(3)無氣源。由于此時壓空電磁閥117后的減壓閥閥后讀數一直存在，即表明壓空電磁閥處于開啟狀態，排除了無氣源的情況。

(4)泵動力不足。經現場確認，重新開閥氣動泵的供氣壓力保持在40～42psi。由于MSIV的氣動泵是一種氣動柱塞泵，該泵的工作原理是利用氣動回路和油回路的活塞面積比差(其面積比為60∶1)來實現泵油工作。

根據面積比計算氣動泵所能提供的油壓：

其中，Pair為進氣壓力值：40～42psi；可知此時氣動柱塞泵能提供的油壓僅為2400～2520psi，而現場的氮氣壓力基本都在2200～2400psi。

所以閥門在進行月度部分關閉試驗過程中，氣動泵提供的油壓壓力無法克服閥門氮氣壓力和閥門自身摩擦力以全開閥門。故在月度試驗中，重新調節減壓閥,將減壓閥閥后壓力提高至不低于50psi，閥門克服氮氣壓力正常開啟，觸發全開限位。

根據供氣管線走向，泵的動力不足原因在于壓空減壓閥調節性能較差，在后續對減壓閥進行解體，發現減壓閥的活塞存在嚴重磨損。

由于活塞和減壓閥為Al-Mg合金材質。材質相同，摩擦系數較大，容易粘著。在起泵過程中有高速的摩擦運動，活塞抗粘著能力低，其運動磨損過程中凸鋒材料剝落所產生的磨粒硬度較大，會在接觸面上劃出溝槽或者凹坑，使活塞磨損從而引起卡澀，無法發揮正常的調節作用。

MSIV減壓閥的磨損、卡澀問題在各個核電廠均存在。故其選型合適與否對MSIV月度部分關閉試驗是至關重要的?，F某電廠已使用了新型號的減壓閥，目前運行情況良好，該情況很值得在各個電廠進行推廣。

4 閥門無法切換慢關

4.1 現場問題

在某次執行閥門部分關閉試驗時，試驗電磁閥2-10得電后，沒有得到位置開關2-27A的反饋信號?，F場檢查發現試驗閥2-50并未切換至慢關回路。

4.2 故障分析

4.2.1 彈簧問題的分析

如果是彈簧力過大，則表示該閥門的彈簧選型錯誤，為了驗證確認該原因，首先對閥門相關參數進行了研究：

由于試驗閥活塞桿與閥門襯套之間為O圈密封，尼龍支撐環導向，故此處不考慮摩擦力的作用。故將根據彈簧力來計算試驗閥切換至慢關回路所需的系統最小油壓力值。

當試驗閥切換至限流慢關回路時，此時閥門的彈簧力為：

F彈簧=K×ΔX

上述公式中：

K表示：該彈簧的彈性模量，經咨詢廠家，其值為14.79N/m；

ΔX表示：閥門處在限流位置的彈簧壓縮量，ΔX=30.23mm；

試驗閥的彈簧自由長度為63.5mm，根據試驗閥閥桿和閥門襯套的長度，可知閥門處于快關限位時試驗閥的彈簧長度為45.97mm，當試驗閥切換至限流限位時，閥桿行程為0.5inch，即12.7mm。

故ΔX=63.5-45.97+12.7=30.23mm。

由于試驗電磁閥是先于主電磁閥得電的，故在主電磁閥得電前，試驗閥的上游是無壓力的，即切換試驗閥至限流回路時，先導油壓的作用面積:

由于該試驗閥活塞使用尼龍支撐環導向以避免閥門襯套和活塞之間發生直接接觸和摩擦，故筆者此處不計算摩擦力，代以乘一個經驗系數1.5，故需要克服的彈簧力為：

P=0.072psi

由于該先導油壓的壓力與液壓缸內的運行油壓力一致，即先導油壓為3000～3300psi。故系統壓力提供的先導油壓遠大于動作試驗閥所需克服的彈簧力，不會存在彈簧力過大導致先導油壓無法克服而閥門不動的情況。

通過分析：彈簧因素導致的原因可排除。

4.2.2 試驗電磁閥問題的分析

在確認非彈簧問題后，由于給試驗電磁閥送電后，使用鐵制材料測驗電磁閥線圈的磁性，此時鐵制材料可吸合至試驗電磁閥線圈處，此時，表明試驗電磁閥是具備吸合能力的，即試驗電磁閥得電且動作。但試驗電磁閥是否真實動作需要離線才能確認。

4.2.3 試驗閥卡澀的分析

(1)彈簧側活塞卡澀：彈簧側活塞卡澀因液壓油雜質卡澀，即分析MSIV使用的抗燃液壓油內含有較大的顆粒/雜質，在試驗閥動作過程中進入襯套與活塞之間導致機械卡緊。對主蒸汽隔離閥系統的液壓油取樣分析，該液壓油的顆粒度經化驗結果顯示滿足閥門運維手冊中對液壓油的顆粒度污染限制的要求。且結合多次閥門檢修中，舊液壓油透明良好，未發現明顯顆粒?？傻贸鲈囼為y因液壓油的雜質導致卡澀的可能性較低。

(2)壓蓋側活塞卡澀：現場發現試驗閥的壓蓋被刷漆，且刷漆的范圍覆蓋了試驗閥活塞桿。故在進行試驗閥動作時，試驗閥回縮過程中由于少許油漆被帶入壓蓋，活塞桿摩擦力增大，導致活塞卡澀，閥門無法切換至限流慢關限位。

后經過對試驗閥壓蓋側的活塞桿及其四周進行除漆處理并清潔潤滑。再次進行閥門部分關閉試驗，試驗閥動作正常，可切換至限流試驗限位。

由此得出一個共性的結論：閥門在執行防腐防銹工作時，需識別出可活動部件。對于活動部件，特別是有精度要求的，如活塞桿、填料閥桿等位置需避免直接刷漆導致的閥門動作異常。

5 結束語

本文探討的主蒸汽隔離閥在月度試驗過程中遇到的相關問題為各個現場的共性問題。通過對氣動泵和試驗閥不動作的問題探究，分析原因所在，并制定恰當的應對方案，對保證主蒸汽隔離閥在月度試驗中的有效執行有著積極的意義。