最終熱井系統止回閥故障分析及處理

袁 磊，胡啟帥，曹 宇，黃麟淞，鄧治鑫，鄒 昆

（中國核動力研究設計院，四川成都 610041）

0 引言

止回閥作為最終熱井系統（以下簡稱“W 系統”）的重要組成部分之一，止回閥負責控制系統中流體流動及止回效果，使系統發揮其功能，在運行人員做系統定期檢查試驗時發現，W 系統的止回閥故障無法關閉，造成W 系統非能動余熱排出水池液位下降，W 系統冷卻水泵出現反轉現象，使W 系統喪失安全可靠的作用。針對此現象本文進行原因分析并進行處理，以提高系統的安全可靠性。

1 系統介紹

W 系統用于在事故停堆后或模擬運行期間，為二回路非能動余熱排出系統提供自然循環的穩定冷卻水源，將非能動余熱排出系統產生的熱量傳至安全水池，安全水池內的水通過熱交換、蒸發等方式散熱，帶走熱量（圖1）。W 系統具有安全功能，安全等級為SC-3，能保證在事故停堆后和模擬運行期間系統的可用性和執行安全功能的能力。

圖1 W 系統流程

作為系統正常運行中唯一阻止管道內流體倒流的部分，止回閥與系統的安全運行有直接關系，其作用不可忽視。W 系統的雙瓣式蝶形止回閥是一種旋啟動作的止回閥，在彈簧作用下雙閥瓣為關閉狀態，由自上而下的流體將閥瓣推開，具有結構簡單、安裝方便、外形尺寸小、重量輕等優點。

2 止回閥的故障原因分析

2.1 系統管道內存在大量雜質或異物

止回閥失效的原因主要是，系統運行過程中流體將具有腐蝕性的雜質、沉積物及淤泥等帶入管道內，并堆積在止回閥閥瓣周圍，導致止回閥無法正常開關、有效執行其功能，同時造成系統停運時管道內流體回座壓力達不到要求。所以，雜質對止回閥性能的影響較大。

另外，異物對止回閥的影響也不容忽視。管道中的異物經常伴隨系統安裝和開口檢修過程，如管理不到位導致將物料或工器具遺留在管道內，在止回閥開閉過程中會損壞閥體或造成卡阻，導致止回閥無法閉合形成內漏現象。

W 系統的水來自安全水池，而水源來自廠區附近的河流，所以水池內水質受環境影響較大，水中長期混有由直徑顆粒較小但肉眼可見的泥沙、黏土、原生動物、藻類等懸浮物及由動植物腐爛分解生成的腐殖物、天然無機礦物質膠體等。所以，止回閥失效的原因有管道內雜質或異物。

2.2 閥瓣、閥體的損壞

W 系統備用狀態時止回閥在所受到的壓力為基本穩態的靜態壓力，系統運行時會受到水泵對流體輸送的流量壓力會對這種的靜態壓力形成沖擊破壞，這種沖擊波動影響會閥瓣、對閥體形成振動與流體沖擊，閥瓣與閥座之間會形成拍打，容易引起閥瓣破碎或造成閥瓣與閥體之間磨損而引起止回閥功能喪失。

技術員現場拆卸W 系統止回閥時發現，止回閥閥瓣、閥體形態保持完好，未發現損壞，因此可以排除因閥瓣、閥體的損壞而造成止回閥內漏的因素。

2.3 閥門的質量和安裝方法

止回閥自身的工藝結構與安裝方式技術，在很大程度上決定了止回閥的質量。工藝結構不達標對止回閥泄漏的影響較大，止回閥安裝位置與管道布置也影響著閥門的可靠性。

3 故障處理方法及驗證

3.1 更換系統運行方式

W 系統運行方式可采用遠程運行和手動運行兩種方式，遠程運行方式在W 系統備投狀態不采取隔離，當非能動余熱排出水池冷卻水液位降至報警液位時啟動W 系統補水至正常液位；手動運行方式在W 系統備投期間關閉泵出口隔離閥的15#閥門和16#閥門，防止非能動余熱排出水池冷卻水回流至安全水池。

3.1.1 遠程運行試驗

W 系統處于正常備投狀態，系統能夠遠程啟動，當運行列出現故障時系統可自動切換至備用列運行。系統運行時，一部分冷卻水會通過備用系列返回安全水池。且在系統備投狀態下，非能動余熱排出水池內冷卻水流經泵回流至安全水池的流量約7 m3/h，每天需啟動兩次W 系統向非能動余熱排出水池供水，方能滿足非能動余熱排出水池安全液位的要求。

因止回閥13#閥和14#閥均出現泄漏現象，1#泵和2#泵長期處于反轉及頻繁啟停狀態，對泵及電機危害較大，還會增大泵及電機運行故障的風險、縮短設備使用壽命。

3.1.2 手動運行試驗

當需要運行W 系統時，手動就地打開15#閥或16#閥，啟動1#泵或2#泵。當需要切換至備用泵運行時，需就地打開備用列泵出口隔離閥，啟動備用泵，再關閉運行列泵出口隔離閥、停運運行泵。

經運行人員就地操作演示，W 系統手動運行就地啟動時間約15 min；系統切換至備用列運行時，切換時間約20 min。

手動運行方式系統啟動及切換時間較長，在事故情況下非能動余熱排出水池溫升較快，不滿足事故情況下非能動余熱排出系統冷卻的要求。且系統無法快速響應，備用泵無法自動啟動，如果W 系統在運行時運行泵出現故障，將導致非能動余熱排出水池冷卻水供應出現中斷風險。

（1）優點：無需改動W 系統硬件，W 系統非能動余熱排出水池具有低液位報警信號，可人為控制系統啟停，不會造成非能動余熱排出水池缺水。

（2）缺點：在手動運行狀態下，W 系統啟動時間較長，一旦出現事故停堆系統將無法快速響應，非能動余熱排出水池冷卻水供應有中斷風險；在自動運行狀態下，泵長期反轉及頻繁啟停情況下對泵及電機危害較大。

3.2 對止回閥進行維修并試驗驗證

利用工程檢修窗口期對止回閥進行拆卸檢修，在止閥門檢修過程中發現，止回閥的密封面、彈簧、結構件完好并無損壞，閥瓣上表面已經布滿污垢與銹質，閥座橡膠圈老化變形。整個密封面上有約2 cm 寬的水痕。經廠家與設計方進行評估，結果為W系統水質較差導致閥瓣年久而未保養造成閥門密封面污垢多失效、閥座橡膠圈老化變形、閥門閉合不嚴實，形成止回閥內漏、導致止回閥失效。

對止回閥進行清洗、解體，閥門零件進行表面清理除污、除去閥體內部損壞老化的橡膠閥座，并重新硫化后進行回裝，然后進行止回閥功能驗證試驗。試驗分為以下3 種：

（1）試驗1：13#閥泄漏驗證。啟動1#泵，將非能動余熱排出水池液位打至滿液位13.75 m 后停運1#泵，運行時1#泵出口壓力為0.25 MPa，電機電流為60 A，系統流量515 m3/h 左右就地觀察未出現反轉現象，就地關閉16#閥，觀察13#閥的泄漏情況；24 h 后記錄非能動余熱排出水池液位為13.74 m，即24 h 內13#閥泄漏量導致非能動余熱排出水池液位下降0.01 m。經計算，13#閥的泄漏率為0.035 m3/h。

（2）試驗2：14#閥泄漏驗證。啟動2#泵將非能動余熱排出水池液位打至滿液位13.75 m 后停運2#泵，運行時2#泵出口壓力為0.25 MPa，電機電流為50A，系統流量505 m3/h 左右；就地關閉15#閥，打開16#閥；24 h 后記錄非能動余熱排出水池液位為13.74 m，即24 h 內14#閥泄漏量導致非能動余熱排出水池液位下降了0.01 m。經計算，14#閥的泄漏率為0.035 m3/h。

（3）試驗3：13#閥和14#閥共同泄漏驗證。遠程啟動2#泵將非能動余熱排出水池液位打至滿液位13.75 m 后停運2#泵；就地打開15#閥；24 h 后記錄非能動余熱排出水池液位為13.73 m，即24 h 內W013/014VC 泄漏量導致1#BA 液位下降0.02 m。經計算，13#閥和14#閥的共同泄漏率為0.07 m3/h。

經現場人員進行試驗，結果分析符合設計要求，且W 系統冷卻水泵未發生反轉，有效解決了止回閥的泄漏問題（圖2）。

圖2 試驗泄漏率對比

該方案的優點是，W 系統止回閥經返廠維修后泄漏量有明顯減少，冷卻水泵無反轉現象；缺點是止回閥維修需要檢修窗口，且維修周期較長，維修耗費較高。

4 結論

針對對W 系統止回閥失效、造成非能動余熱水池異常降低和系統冷卻水泵反轉的問題，分析原因，形成兩種解決方法。

（1）更變系統運行方式，但在試驗過程中發現，在系統自動運行狀態下，水泵反轉的現象依舊未得到解決，系統存在一定風險；在手動運行狀態下，運行人員操作與響應時間較長，不符合系統安全級設定。

（2）將止回閥進行維修處理，需要一定時長的維修窗口，維修費用較高，但可以有效降低止回閥的泄漏率與水泵反轉的現象，因此為W 系統止回閥故障處理的最佳方案。