核電廠某減壓閥調(diào)節(jié)故障及處理

柴曉宇

（中核遼寧核電有限公司，遼寧興城 125100）

0 引言

消防系統(tǒng)的水由于長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，水質(zhì)中的沉積物、各種離子、鐵銹雜質(zhì)等對(duì)處于消防系統(tǒng)的減壓閥是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。通過(guò)參考電站經(jīng)驗(yàn)反饋以及自身系統(tǒng)實(shí)際狀況，減壓閥中選取采用EPDM（Ethylene-Propylene-Diene Monomer，三元乙丙橡膠）和腈綸網(wǎng)材質(zhì)的隔離膜片，其具有良好的耐腐蝕性和密封性[1]，保證系統(tǒng)中的減壓閥不會(huì)因?yàn)樗|(zhì)的持續(xù)惡化而失效。

1 問(wèn)題

該減壓閥的作用是將JPD（消防水分配）系統(tǒng)壓力為1.17 MPa（表壓）的消防水，減壓到JPU（廠區(qū)消防水分配）系統(tǒng)壓力為0.8 MPa（表壓）的消防水[2]。下游JPU 系統(tǒng)單次最大消防用水量為15 L/s，而廠家設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)給出的適用流量為8～16 L/s，流量適用范圍滿足要求。但在實(shí)際使用中，靜態(tài)調(diào)節(jié)完成后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間下游壓力超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的規(guī)范值。

2 原因分析

該閥為可調(diào)式減壓閥，實(shí)際調(diào)節(jié)該減壓閥時(shí)，關(guān)閉減壓閥下游截止閥，通過(guò)靜態(tài)調(diào)節(jié)減壓閥的導(dǎo)閥，將下游壓力調(diào)至0.8 MPa，然后打開(kāi)下游截止閥，通過(guò)調(diào)節(jié)減壓閥針型閥來(lái)調(diào)節(jié)減壓閥主閥開(kāi)啟與回座時(shí)間，使其下游壓力維持在0.72～0.84 MPa[3]。

主閥的開(kāi)啟或關(guān)閉取決于隔膜腔進(jìn)水量與出水量的差值，當(dāng)進(jìn)水量小于出水量時(shí)，上腔壓力逐漸降低，主閥開(kāi)啟；當(dāng)隔膜腔進(jìn)水量大于出水量時(shí)，上腔壓力逐漸升高，主閥關(guān)閉；當(dāng)上腔進(jìn)水量相等或者為零時(shí)，主閥處于平衡狀態(tài)。閥腔的進(jìn)出水首先受到導(dǎo)閥的影響，當(dāng)導(dǎo)閥處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，閥腔才能進(jìn)出水，主閥才能開(kāi)啟或關(guān)閉。

2.1 理論分析

如圖1 所示，調(diào)節(jié)閥門(mén)時(shí)，關(guān)閉減壓閥下游截止閥，打開(kāi)上游截止閥，首先將導(dǎo)閥彈簧完全放松，此時(shí)下游壓力為最小壓力，順時(shí)針緩慢擰緊先導(dǎo)閥上的彈簧，使下游壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值。緩慢打開(kāi)下游截止閥，此時(shí)下游壓力下降后，關(guān)閉截止閥，再次查看下游壓力值。如果在打開(kāi)下游截止閥時(shí)減壓閥主閥需要較長(zhǎng)時(shí)間才開(kāi)啟，同時(shí)主閥回座時(shí)間較快，則微調(diào)關(guān)小針型閥，反之則微調(diào)開(kāi)大針型閥，重復(fù)上述過(guò)程，直到滿足需要的主閥開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間。

根據(jù)導(dǎo)閥的實(shí)際受力，得出其受力方程式：

式中 Fd——導(dǎo)閥膜片受力，N

Ft——導(dǎo)閥彈簧產(chǎn)生的彈力，F(xiàn)t=kx。k 是彈簧剛度（N/mm），x 是彈簧形變量（mm）

Fm——導(dǎo)閥膜片受到下游壓力對(duì)導(dǎo)閥膜片產(chǎn)生的作用力，F(xiàn)m=P2S1。P2是下游壓力（Pa），S1是導(dǎo)閥膜片面積（m2）

Fx——導(dǎo)閥閥芯受到下游壓力對(duì)導(dǎo)閥膜片產(chǎn)生的作用力，F(xiàn)x=Fm=P2S2。P2是下游壓力（Pa），S2是導(dǎo)閥閥芯面積（m2）

根據(jù)導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)分析：由于S1＞＞S2，在下游同樣壓力作用下，F(xiàn)m＞＞Fx，則式（1）可以近似為Fd=Ft＋Fm，由此可以看出導(dǎo)閥膜片受力主要是彈簧和膜片相互作用的結(jié)果。當(dāng)Fd＞0，即Ft＞Fm時(shí)，彈簧力大于膜片受力，導(dǎo)閥打開(kāi)，減壓閥上腔與下游相通；相反，當(dāng)Fd＜0，即Ft＜Fm時(shí)，彈簧力小于膜片受力，導(dǎo)閥關(guān)閉，減壓閥上腔與下游隔斷，上腔無(wú)法排水。

圖1 先導(dǎo)式減壓閥

2.2 實(shí)踐分析

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)節(jié)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)減壓閥主閥開(kāi)啟后能及時(shí)關(guān)閉，當(dāng)減壓閥動(dòng)作后，雖然主閥已經(jīng)關(guān)閉，但導(dǎo)閥仍處于開(kāi)啟狀態(tài)。減壓閥上游JPD 系統(tǒng)的消防水，通過(guò)針型閥管路進(jìn)入隔膜上腔后，經(jīng)過(guò)導(dǎo)閥進(jìn)入減壓閥下游JPU 系統(tǒng)的消防水，而通過(guò)一段時(shí)間后，減壓閥下游壓力達(dá)到0.95 MPa 左右，產(chǎn)生超差現(xiàn)象，此時(shí)導(dǎo)閥才完全關(guān)閉。

將式（1）中的各項(xiàng)參數(shù)值均代入得kx=P2S1。在正常合理的情況下，下游壓力設(shè)定完成后，kx=某定值，同時(shí)由于導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)限制，圖1 中彈簧的形變量為一個(gè)定值。由上述分析可知，下游達(dá)到設(shè)定壓力后，減壓閥主閥關(guān)閉，導(dǎo)閥仍然處于開(kāi)啟狀態(tài)，直至0.95 MPa 導(dǎo)閥才完全關(guān)閉。可以看出，此時(shí)P2又產(chǎn)生部分增長(zhǎng)，才能實(shí)現(xiàn)力學(xué)平衡。因此，導(dǎo)致下游超壓的主要原因?yàn)閷?dǎo)閥的彈簧剛度過(guò)大，在同樣壓縮量下需要更大的下游壓力來(lái)平衡，因此產(chǎn)生超壓現(xiàn)象。雖然在靜態(tài)調(diào)節(jié)下實(shí)現(xiàn)了下游設(shè)定壓力，但在進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)試驗(yàn)時(shí)，由于彈簧剛度較大，使得下游在主閥關(guān)閉的情況下，仍然通過(guò)導(dǎo)閥部分在持續(xù)增壓，最終導(dǎo)致下游持續(xù)超壓現(xiàn)象的發(fā)生。

3 解決方法

減壓閥引結(jié)構(gòu)性原因產(chǎn)生超壓，不能通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)其正常功能。因此需要更換導(dǎo)閥的彈簧，將剛度較大的彈簧更換為計(jì)算剛度的彈簧。更換后重新對(duì)3 組減壓閥進(jìn)行減壓調(diào)節(jié)，并測(cè)量其動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)后實(shí)際下游壓力（表1）。

4 結(jié)束語(yǔ)

減壓閥通過(guò)與下游JPU 系統(tǒng)相連的各個(gè)廠房消火栓供給減壓消防水，當(dāng)下游超壓時(shí)，容易導(dǎo)致下游管線的卡箍發(fā)生破口，管線上的安全閥頻繁起跳。減壓閥由于結(jié)構(gòu)原因，使下游壓力出現(xiàn)超壓，通過(guò)分析調(diào)節(jié)效果以及結(jié)構(gòu)，得出下游出現(xiàn)超壓的原因是減壓閥導(dǎo)閥彈簧剛度過(guò)大，造成即使在靜態(tài)調(diào)節(jié)完成后，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)導(dǎo)閥仍然無(wú)法關(guān)閉。更換導(dǎo)閥彈簧后，重新進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，下游實(shí)際壓力符合國(guó)標(biāo)要求。本次減壓閥的故障分析與處理，對(duì)類似系統(tǒng)減壓閥的故障處理有一定的借鑒意義。

表1 閥門(mén)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)實(shí)測(cè)值