AP1000核電機組給水聯絡閥內漏原因分析及改造

朱風耀，潘雪瑩

（上海核工程研究設計院有限公司，上海 200030）

0 引言

閥門是管道輸送系統的重要組成部分，在對流體流量流速、流動方向、管內壓力等控制方面起到關鍵作用，控制著管路系統、機組的正常運作。閥門的泄漏將會導致閥門部件遭受沖蝕，進而導致連接件、密封件的損耗加劇，最終導致整個閥門的損壞和管路系統的癱瘓，同時造成系統運營成本大幅增加、企業效益降低的后果。在核電、化工等行業中，由于工作環境嚴苛、介質易燃易爆，閥門泄漏甚至會引發施工現場爆炸、人身安全等問題。因此，對閥門泄漏的檢測、泄漏原因的研究以及相應的閥門改進措施，具有直接的經濟效益和維護安全的重大意義。

1 閥門泄漏

閥門的泄漏分為內泄漏（簡稱“內漏”）和外泄漏兩類：外泄漏主要出現在閥體、閥桿以及其他連接件；而內泄漏一般出現在密封機構。內漏往往難以發現原因，但存在更大安全隱患。閥門發生內漏后，介質在內漏處分支為細小流體不斷沖蝕密封圈或閥芯，這將導致內漏面積不斷增大，最終完全損壞。同時，管道內也會不斷受到沖擊，使受沖擊位置逐漸變薄，最終管道破裂，危及閥門功能、工作人員安全，影響機組效益。

2 事故過程

AP1000 三代核電機組在調試期間，發現給水聯絡閥FWSV097 出現內漏。內漏管路段工況路徑如圖1 所示，其中MFP 為主給水管道、SG 為蒸汽發生器。

在啟動給水停運，手動關閉FWS-V097，同時手動關閉FWS-V193 的情況下，手動關閉SGS-V255A/B 后，FWS-V097至SGS-V255A/B 之間的管線壓力（PT043）由0 迅速上升為8 MPa 左右（即MFP 母管壓力）。進一步排查后發現，閥門FWS-V097 正向內漏。對閥門解體檢查后發現，閥門鏡像密封圈損壞（圖2）。

在系統預運行試驗期間，發現在圖3 工況下啟動給水系統運行而主給水系統停運同時FWS-V097 閥門關閉的情況下，閥門FWSV097 處有明顯的水流聲（此時FWS-PT043 處壓力約10 MPa）。開啟FWS-V191 可見柱狀水流，確認FWS-V097 閥門反向內漏。

閥門內漏的原因主要有兩個：閥門生產廠家在設計之初存在一定缺陷、制造工藝過程中存在問題，造成的閥門密封不嚴。有鑒于此，在排查泄漏原因過程中重點核實了閥門的基本設計是否存在缺陷。

圖1 FWS-V097 閥門正向內漏路徑

3 原因分析

查閱上游設計文件發現，閥門在正常關閉時應允許承受差壓9 MPa（本參數僅供參考），入口側壓力（主給水側）9 MPa，但該文件未提及閥門反向承壓要求。由此推斷，閥門在設計時只考慮了正向承壓9 MPa，未考慮反向承壓。

查閱廠家出廠試驗資料發現，廠家根據上述設計要求制造了閥門并進行了關閉試驗，試驗壓力20 MPa 有余。該關閉試驗是由主給水側承壓完成打壓試驗，未驗證反向承壓能力。由此推斷，閥門在制造階段同樣未考慮反向承壓，如反向承壓可能導致閥門損壞。

由于閥門本身設計為反向不承壓，而機組日常運作中恰巧存在反向承壓的情況，這就導致了閥門泄漏現象。這種小流量的泄漏不斷沖蝕泄漏口，泄漏面積不斷增大，最終導致密封圈的損壞。機組管道內也會不斷受到沖擊，受沖擊位置不斷變薄，最終也有管道破裂的風險，危及工作人員安全、影響機組效益。

圖2 徑向密封環破損

圖3 FWS-V097 閥門反向泄漏路徑

因此，閥門改進必須圍繞反向承壓進行研究。通過整個機組重新調整去除反向承壓的情況，但是機組難免會存在啟動給水停運，手動關閉管線閥門進行維護的情況，通過完全杜絕反向承壓的情況難以實現。所以必須使閥門承受反向壓力時，也可以保證密封密實、可靠，確保閥芯不被沖蝕。

4 設計改造

綜合考慮上述問題的分析結論，對機組閥門進行了設計改造：增加反向密封和修改閥門泄漏率要求，增加關閉壓差要求，修改閥門內件及執行機構。

更換零件后，在手動關閉FWS-V097、FWS-V193 的情況下，再去關閉SGS-V255A/B 后，閥門雖然會受到反向壓力，但是由于閥芯的縮短，閥芯不再受到介質反向的沖蝕，從而避免了因反向承壓而造成的泄漏。更新后的閥門可以在反向承受壓力且工況下密封嚴實，解決了閥門內漏問題。

5 結語

通過本次改進，總結了一些經驗教訓，閥門泄漏會對機組造成巨大損失和安全隱患，閥門的試驗、改進在機組運作中對保證機組安全起到重要作用。設計單位必須綜合考慮系統、設備運行的各類工況條件，調試、運行人員必須嚴格核實設計要求，認真審查設計、制造文件，將各類缺陷消滅在萌芽狀態。