AP1000核電廠MSIV與MFIV儀控設(shè)備預(yù)防性維修優(yōu)化研究

(國核示范電站有限責(zé)任公司，山東 榮城 264300)

AP1000核電廠中，主蒸汽隔離閥MSIV和主給水隔離閥MFIV(簡稱“隔離閥”)均屬于FLOWSERV廠家生產(chǎn)、安全分級為B級的雙楔形閘閥。 MSIV執(zhí)行安全殼隔離、蒸發(fā)器隔離和主蒸汽管線隔離安全功能，MFIV執(zhí)行安全殼隔離、蒸發(fā)器隔離和主給水管線隔離安全功能。

上述隔離閥設(shè)計中執(zhí)行安全相關(guān)隔離功能，通過電磁閥、液壓油和氮氣聯(lián)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)保證閥門的快關(guān)功能，同時保證閥門正常關(guān)閉的執(zhí)行[1]。MSIV與MFIV相同安裝位置所對應(yīng)儀控設(shè)備的型號、測量范圍和功能相同。其中，液壓變送器聯(lián)鎖啟停油泵的高低設(shè)定值和氮氣壓力變送器的高報警定值存在數(shù)值差異。本文對關(guān)鍵儀控設(shè)備的更換周期和經(jīng)驗反饋進(jìn)行了介紹，提出了一種隔離閥儀控設(shè)備總體預(yù)防性維修周期及項目的優(yōu)化建議。

1 儀控設(shè)備

表1詳細(xì)列出了單臺隔離閥上通用的儀控設(shè)備及其功能，其中微動開關(guān)和電磁閥均為兩側(cè)冗余配置，對于包含進(jìn)油回路的一側(cè)稱為泵側(cè)，相對一側(cè)稱為非泵側(cè)。

表1 單臺隔離閥儀控設(shè)備功能清單

2 更換周期

為滿足設(shè)計規(guī)范書要求，設(shè)備廠家通過型式試驗和外推法相結(jié)合的方式得出設(shè)備在可滿足設(shè)計要求功能下的使用壽命即鑒定壽命。而設(shè)備高溫工作環(huán)境造成的設(shè)備熱老化現(xiàn)象是影響鑒定壽命的重要一環(huán)。本文結(jié)合設(shè)備廠家提供的鑒定壽命和熱老化關(guān)系，提出了一種關(guān)鍵儀控設(shè)備所適用的更換周期建議。

2.1 電磁閥更換周期

FLOWSERV廠家運維手冊明確為保證安全相關(guān)設(shè)備滿足IEEE-382規(guī)范對于隔離閥鑒定壽命的要求，規(guī)定10～12年完成主泄壓電磁閥和試驗電磁閥的更換工作。

依據(jù)廠家運維手冊，若一個新備件即儲存壽命使用情況為0年，所曝露的環(huán)境平均溫度為40 ℃，那么推薦的維修或更換計劃約12年。滿功率運行期間現(xiàn)場經(jīng)多次測量取高值得出設(shè)備表面溫度約為54 ℃，未超過電磁閥的設(shè)計溫度。

根據(jù)電氣產(chǎn)品的失效率曲線即“浴盆曲線”，大多數(shù)設(shè)備的故障率是時間的函數(shù)，而失效率隨時間變化分為三個階段：早期失效期、偶然失效期和耗損失效期。經(jīng)同類型電站調(diào)研和廠家交流，10～12年的使用壽命已處于耗損失效期，即該階段的失效率隨時間的延長而急速增加，主要由磨損、疲勞、老化和耗損等原因造成。

綜上所述，出于保守考慮采用下限10年=6.67 C(1 C=1.5年)作為與實際運行工況相匹配的鑒定壽命，即選擇6 C作為電磁閥的更換周期。

2.2 磁接近開關(guān)更換周期

TOPWORX廠家手冊中明確核級行程指示開關(guān)(SV7-13521型號)在48.9 ℃時的鑒定壽命為106年，最高工作溫度為260 ℃，溫度與鑒定壽命的關(guān)系如圖1所示。現(xiàn)場開關(guān)安裝位置靠近高能管道，受到管道熱傳導(dǎo)和熱輻射的影響，滿功率運行期間現(xiàn)場經(jīng)多次測量取高值得出設(shè)備表面溫度約為82.8 ℃，通過插值法計算與實際運行工況相匹配的鑒定壽命約6.6年，保守決策更換周期為4C。

圖1 SV7磁接近開關(guān)鑒定壽命Fig.1 Qualified life for the limit switch of SV7

商用級的微動開關(guān)(73-145683831型號)未執(zhí)行型式試驗，設(shè)備安裝位置遠(yuǎn)離高能高溫管道且不影響隔離閥執(zhí)行安全相關(guān)功能。

滿功率運行期間現(xiàn)場經(jīng)多次測量取高值得出設(shè)備表面溫度約為42 ℃，屬于設(shè)備和緩工作溫度范圍內(nèi)。在大修期間，對微動開關(guān)預(yù)維工作中檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備的響應(yīng)時間有延遲趨勢。該設(shè)備的異常響應(yīng)會導(dǎo)致閥門無法遠(yuǎn)方手動正常關(guān)閉，保守決策考慮更換周期同核級行程指示開關(guān)同為4 C。

2.3 變送器更換周期

如圖2變送器WEED廠家樣本中通過阿倫尼烏斯公式外推出的鑒定壽命與溫度曲線。

在滿功率運行期間，定期測量變送器外部、內(nèi)部多個測點的溫度并取高值所得設(shè)備整體溫度約為48 ℃，通過對照下圖并配合插值法計算，得出與實際運行工況相匹配的鑒定壽命約6.5年，保守決策更換周期為4 C。

3 經(jīng)驗反饋

以下AP1000電站隔離閥運行經(jīng)驗反饋，均屬于儀控設(shè)備未得到有效的日常預(yù)維與定期更換所產(chǎn)生的結(jié)果，借以再次說明隔離閥儀控設(shè)備執(zhí)行合理預(yù)防性維修周期和項目的重要性。

3.1 電磁閥漏油

國內(nèi)某核電廠在運行模式上行期間，處于蒸汽發(fā)生器啟動給水向主給水流道切換前階段。1號SG主給水隔離閥SGS-V057 A泵側(cè)試驗電磁閥VENT口持續(xù)滲油，漏量約1～2滴/s。初步分析與預(yù)防性維修和成品保護(hù)不到位有關(guān)，即未能通過有效的預(yù)維項目及時發(fā)現(xiàn)故障電磁閥內(nèi)密封組件老化跡象，且電磁閥所在房間進(jìn)行管道保溫拆除和安裝期間未對VENT口進(jìn)行有效成品保護(hù)。

鑒于該電磁閥的更換將對主給水隔離閥保持開位帶來巨大挑戰(zhàn)，機(jī)組運行期間屬于高風(fēng)險作業(yè)，閥門的意外關(guān)閉直接導(dǎo)致停機(jī)停堆和主給水流道的不可用風(fēng)險。機(jī)組隨即暫停模式上行，通過備件更換予以處理，占用時間窗口4 h，給機(jī)組穩(wěn)定運行帶來潛在隱患。

3.2 磁接近開關(guān)失效

對于行程開關(guān)，設(shè)計上用于隔離閥全開和全關(guān)到位的指示和反饋抑制指令的控制功能。對于微動開關(guān)，設(shè)計上為防止隔離閥慢關(guān)過程中試驗電磁閥未動作到位而引起的隔離閥意外快關(guān)。當(dāng)微動開關(guān)未動作到位或失效時，控制邏輯將自動取消進(jìn)行中的關(guān)閥指令并聯(lián)鎖啟動油泵，最終將閥門恢復(fù)到開位。

國內(nèi)某核電廠大修期間，1號機(jī)主蒸汽隔離閥SGS-V040B發(fā)出關(guān)閉指令且閥門關(guān)閉到位后畫面閥門開關(guān)指示顯示品紅色即故障狀態(tài)。經(jīng)現(xiàn)場檢查，關(guān)反饋行程開關(guān)在觸發(fā)狀態(tài)下回路電阻過大，導(dǎo)致控制邏輯中的全關(guān)信號未到來。

國內(nèi)某核電廠大修期間，2號機(jī)主給水隔離閥SGS-V057B進(jìn)行開關(guān)測試工作，在閥門慢關(guān)過程中微動開關(guān)超設(shè)定時間未動作到位導(dǎo)致閥門關(guān)指令取消且電動油泵重新啟動，隔離閥重回到全開位置。經(jīng)現(xiàn)場測試，微動開關(guān)在目標(biāo)磁鐵靠近觸發(fā)距離的狀態(tài)下，回路導(dǎo)通緩慢且初始接觸電阻過大然后逐漸減小，導(dǎo)致控制邏輯中的微動開關(guān)信號未及時到來。

上述故障均為磁接近開關(guān)老化失效的現(xiàn)象，可通過合理的預(yù)防性維修和更換來避免。

4 總體預(yù)維周期及項目優(yōu)化建議

對于單臺隔離閥儀控設(shè)備總體預(yù)防性維修周期及項目的制定，旨在通過經(jīng)濟(jì)合理、定期有效的預(yù)維工作，極大的降低儀控設(shè)備失效的可能，如表2所示。

表2 單臺隔離閥1C預(yù)維項目清單

4.1 周期1 C預(yù)維項目

4.2 周期2 C預(yù)維項目

考慮減少反復(fù)拆裝引起的密封材料損耗，以及保證液壓變送器聯(lián)鎖啟停油泵重要控制功能的實現(xiàn)，2 C周期采取了僅對液壓變送器進(jìn)行儀表校驗和通道測試的預(yù)維項目。

表3 單臺隔離閥3 C預(yù)維項目清單

4.3 周期4 C預(yù)維項目

機(jī)械專業(yè)對于MSIV和MFIV解體周期定為4 C，與儀控設(shè)備的預(yù)維更換周期重疊，同步解決了現(xiàn)場由于檢修位置狹小而導(dǎo)致的維修不可達(dá)。

表4 單臺隔離閥4 C預(yù)維項目清單

4.4 周期6 C預(yù)維項目

針對電磁閥的預(yù)維項目建議按照下述的先后順序執(zhí)行。

表5 單臺隔離閥6 C預(yù)維項目清單

5 結(jié)論

AP1000核電廠隔離閥用于執(zhí)行主蒸汽與主給水管線隔離的安全功能，通過切斷給水供應(yīng)和蒸汽排放，防止反應(yīng)堆過度冷卻可能導(dǎo)致的堆芯意外臨界或威脅反應(yīng)堆壓力容器完整性的熱沖擊。相關(guān)儀控設(shè)備的正常工作是保障隔離閥實現(xiàn)設(shè)計安全功能的前提，需給予高度的重視。

本文結(jié)合設(shè)備廠家提供的鑒定壽命和高溫造成的熱老化現(xiàn)象給出了儀控設(shè)備所適用的更換周期，并提出了一種AP1000隔離閥儀控設(shè)備總體預(yù)維周期和項目的優(yōu)化建議。參照本文周期性開展隔離閥儀控設(shè)備的預(yù)維項目，可在降低設(shè)備失效可能性、保障設(shè)備可靠運行的同時，有效提升預(yù)維工作的經(jīng)濟(jì)性。