人員閘門密封檢測系統的功能與應用

2024-04-28 08:27:20董緒超

科技創新與應用 2024年12期

作者簡介：董緒超（1986-），男，碩士，工程師。研究方向為民用核電站燃料轉運、工藝運輸等相關設備。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.005

摘? 要：人員閘門作為核電站核島安全殼的一部分，除了保證其正常運行操作功能，還應保持與安全殼一致的氣密性，所以為人員閘門配置一套密封檢測系統尤為重要。該文簡要論述人員閘門密封檢測系統（其中核心的控制裝置被稱為氣動回路）的主要功能和系統特點；并對氣動回路的結構進行拆解，詳細介紹每個零部件的型號及性能特點，同時闡述系統界面及操作流程。對于后續優化改進人員閘門密封檢測系統、逐步實現零部件國產化替代，有現實的借鑒意義。

關鍵詞：密封檢測；氣動回路；人員閘門；核島安全殼；氣密性

中圖分類號：TM623.8? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）12-0020-04

Abstract： As a part of the containment shell of the nuclear island of the nuclear power plant， the personnel gate should not only ensure its normal operation function， but also maintain the air tightness consistent with the containment， so it is particularly important to configure a set of sealing detection system for the personnel gate. This paper briefly discusses the main functions and system characteristics of the personnel gate sealing inspection system （in which the core control device is called the pneumatic circuit）， and disassembles the structure of the pneumatic circuit. The model and performance characteristics of each part are introduced in detail， and the system interface and operation flow are described. It has practical reference significance for the follow-up optimization and improvement of personnel gate sealing inspection system and the gradual realization of domestic replacement of parts.

Keywords： sealing inspection; pneumatic circuit; personnel gate; nuclear island containment; air tightness

人員閘門作為核島的核心承壓設備，起到保證核島在運行期間的密封性和安全性，以及在檢修期間人員的流動性的作用，是核電站安全運行的重要設備。人員閘門在核島發電狀態下處于密閉狀態，其密封性是保證核島安全運行重中之重。所以需要一套密封檢測系統，對其所有密封點進行周期性的檢測，同時實時進行密封監控[1]。其控制裝置稱為氣動回路。

1? 主要功能論述

1.1? 局部密封測試功能

人員閘門的氣密性檢測是EPP系統（安全殼泄漏監測系統）B類局部密封性試驗的重要組成部分。內外門的雙道密封圈、電氣貫穿件、手輪、平衡閥、聯鎖機構和窺視窗等貫穿門體的機構都要按系統的要求定期進行局部密封性試驗。局部密封測試功能通過氣動回路上各個閥門的聯動開啟或關閉實現，檢測不同部位，檢測壓力和檢測點也不同[1-2]。

1.2? 艙內加減壓功能

在安全殼整體密封和強度試驗期間（A類試驗），人員閘門作為增壓/減壓艙[3]，在需要時為工作人員提供進入安全殼的通道。試驗期間，平衡閥無法實現門體開關前的壓力平衡功能[4]。因此需提供一套加壓/減壓裝置來平衡門體壓力，滿足門體開關的必要條件。

1.3? 在線密封檢測功能

在正常運行周期內，人員閘門長時間是處于關閉狀態的。人員閘門需要一套自動密封檢測系統來實時檢測人員閘門的整體密閉性能。當人員閘門處于內外門閉鎖狀態，且長時間不會使用時，人員閘門可選擇進入“在線密封檢測”模式。此模式下，電控系統將控制氣動電磁閥自動往人員閘門艙體內沖壓至預制值后，自動關閉電磁閥且監測壓降。通過判定規定時間內的壓降值，來判斷人員閘門泄漏率是否超標。若人員閘門泄漏率超標，則再進入“局部密封檢測模式”判斷泄漏點[5]。

1.4? 應急供氣功能

為了防止在人員閘門機械故障狀態下，人員因長時間封閉于艙內而缺氧。系統需提供對艙內進行緊急供氣的功能。應急供氣功能啟動時，加壓閥和減壓閥同時開啟，以實現空氣置換，為受困在閘門艙體內的人員提供空氣。

2? 系統組成及主要零件性能

2.1? 系統組成

氣動回路整體安裝在門板外側，用螺栓固定在外門門板的安裝支架上。主要零件如圖1所示。

注：1為球閥；2為過濾減壓閥；3為安全閥；4為高流量精密調壓閥；5為電磁閥；6為壓力表；7為壓力表；8為消音器；9為軟座閥桿針閥；10為快速接頭（管莖+管體）；11為金屬軟管；12為調節閥桿針閥；13為球閥。

圖1? 氣動回路模擬圖

2.2? 主要零件性能

1）圖1中零件1、13采用的是世偉洛克的SS-63系列球閥，其性能特點如下：指向型閥桿可以顯示出打開或關閉位置；桿彈簧用于補償壓力和溫度變化以及磨損；接地彈簧使閥桿接地提供持續的防靜電；活負載、兩件式V形閥桿設計可以使所需的操作扭矩較小，性能改善，補償閥桿磨損；高強度閥桿支撐能獲得平穩的啟動，消除閥桿和閥體之間的摩擦，耐磨損；底部裝載式閥桿可防止閥桿爆裂，加強系統安全性；獨特的錐形碟片彈簧加載閥座用于補償閥座磨損、壓力和溫度變化，降低壓力突變引起的閥座磨損，對任何流動方向都有密封作用；法蘭密封可在法蘭和中心閥體之間提供無泄漏密封；支撐環用于支撐閥座并防止閥座隆起、過早磨損和變形。

2）圖1中零件2采用的是美國ASCO JOUCOMATIC公司（以下簡稱“ASCO”）的342系列過濾減壓閥，其性能特點如下：根據新的ATEX指令2014/34/EU，其不銹鋼過濾器、調節閥和過濾器調節閥適用于腐蝕性環境，以及適用于由氣體、蒸汽、霧或粉塵引起的潛在爆炸性環境；經海關聯盟CU-TR認證，適用于潛在爆炸性環境；功能安全經IEC 61508《功能安全性通用要求》， SIL認證；符合歐洲基本健康和安全要求（EN13643-1《潛在爆炸性環境用非電氣設備》）；所有內部金屬部件采用316/316L不銹鋼制造；內置超壓釋放功能，可選配非釋放功能；使用316L不銹鋼閥體；內部彈簧采用INCONEL（特種金屬公司集團的商標）材料，適應酸性氣體環境。

3）圖1中零件3采用的是東吳機械WFM系列的安全閥，其性能特點如下：采用螺紋連接，安裝方便；精度高；結構小巧，方便拆裝。

4）圖1中零件4采用的是ASCO的R88系列高流量精密調壓閥，其性能特點如下：可以用于高流量和精確的壓力控制；即使供應壓力變化很大，也能利用滾動隔膜確保恒定的輸出壓力，保持穩定。

5）圖1中零件5采用的是ASCO的RCC-E《核島電氣設備設計建造規則》，K3級X210系列電磁閥，其性能特點如下：防護等級IP65；結構堅固，適用于高壓和惡劣環境；質保按NF EN ISO 9001 v2008以及SGAQ DIN/DPN/DNC no. 2013-03 EDF執行；電涌抗擾度測試按EN61000《電子電器產品EMC檢測標準》4—5章節進行試驗；阻尼振蕩波抗擾試驗按照EN61000《電子電器產品EMC檢測標準》4—18章節進行試驗；在30 ℃壽命為32 a，使用溫度+3～+50 ℃；在+50 ℃下開關15 000次（自來水中不含大于0.1 mm顆粒）；抗震試驗，在每個方向上2 h以1 g的加速度從1—500 Hz的頻率進行試驗；RCC-E地震分量級反應譜（從1—100 Hz在5%時加速度高達30 g）ZPA（零周期加速度譜值）為6 g。

6）圖1中零件7采用的是世偉洛克PGI系列壓力表，其性能特點如下：使用卡口環，便于調節指針；透鏡由聚碳酸酯制成，可提供額外保護。

7）圖1中零件6采用的是上儀的YE系列壓力表，其性能特點如下：具有較強的耐腐蝕性能；精度等級2.5級；使用溫度-25～55 ℃；配有調零裝置，方便調整零位。

8）圖1中零件8采用的是費斯托的消音器，其性能特點如下：工作壓力0～1 000 kPa；工作介質為壓縮空氣（符合ISO 8573—2010《壓縮空氣質量標準》）；耐腐蝕等級CRC 1，符合Festo FN 940070標準。

9）圖1中零件9、12采用的是世偉洛克的1系列針閥，其性能特點如下：使用填料螺母方便外部調整；可提供全面支撐的墊片減少了對調節的需要；帶有碟片彈簧的兩件式V型墊片，從而改進了密封、減少了磨損、補償磨損以及減少了作用扭距。

10）圖1中零件10采用的是世偉洛克QC系列快速接頭，其性能特點如下：帶有更大接觸面積的鎖定裝置；推入式連接使操作迅速方便；可提供范圍廣泛的選購件，其中包括帶鍵型快速接頭；結實的管體套管保護管體的開口端。

11）圖1中零件11采用的是世偉洛克金屬軟管，其性能特點如下：具有抗滲透能力的PTFE管；內孔光滑；尺寸范圍為0.635～2.54 cm，工作壓力最高20 600 kPa；304不銹鋼單編織層保證了軟管承壓能力，而且還能保護內管防止磨損。

3? 系統的特點

3.1? 密封性能強

制造時，按照工藝對密封檢測進行分階段密封檢測，保證每個連接點完全密封，從而保證整個設備的密封性。

采用核電專用螺紋密封膠對連接點進行密封。

設計時，采用較少的接頭，用直管煨型一體設計。

3.2? 模塊化設計

氣動回路采用模塊化整體設計，解決現場空間小、操作不便等問題，方便人員安裝和檢修。

4? 設備的使用

4.1? 人員要求

使用時必須2人以上進行，且必須是電氣控制和機械方面的專業人員，充分了解設備的圖紙、邏輯和操作流程，并熟練使用必需的儀器和工具。人員在使用時務必做好個人防護。

4.2? 首次使用要求

1）電控要求：連接電源時應核對所提供的電源頻率及電壓是否與規定的相符；設備的保護接地線是否可靠；對照電氣原理圖及端子接線圖，檢查所有端接是否正確，強電回路對地是否有短路。

2）機械要求：打開氣源，調整高精密調壓閥（R880-04BG）到0.07 MPa；圖2中零件1（球閥）、2（球閥）、3（軟座閥桿針閥）、5（電磁閥）為關閉狀態，零件4（快速接頭）為未連接金屬軟管狀態，記錄零件6（壓力表）的值P1，計時10 min，10 min后觀察零件6壓力表的值P2；當P1=P2時判斷管路滿足密封要求；若發現密封異常，可用泡沫法檢查漏點。

圖2? 氣動回路工作模擬圖

4.3? 在線密封檢測使用流程

在線密封檢測的初始條件：電氣系統通電結束；外門處于密封狀態，即關門限位SQ1觸發、平衡閥開啟限位SQ2和開門限位SQ3未觸發；內門處于密封狀態，即關門限位SQ4觸發、平衡閥開啟限位SQ5和開門限位SQ6未觸發；總控室批準進入信號為OFF；將控制箱A1上的“運行-停堆”旋鈕旋轉至“運行”狀態[5]。

在線密封檢測的操作使用流程詳見表1。

5? 觸摸屏界面介紹

5.1? 用戶登錄界面

此界面為觸摸屏的初始界面，操作人員可根據操作級別選擇適用的用戶，并輸入與之對應的用戶密碼，以登錄用戶信息。

5.2? 密封檢測界面

在線密封檢測界面用于在人員閘門處于“人員閘門密封模式”下，對人員閘門進行在線密封檢測試驗各項操作。其中包含如下內容：在線密封檢測次數、時間設定；在線密封檢測開關及確認按鈕；在線密封檢測狀態及故障信息；壓力、壓差及完成次數等數據信息。通過點擊用戶登錄界面或其他界面的“密封檢測”按鈕，方可進入該界面，如圖3所示。

5.3? 故障報警界面

故障報警界面用于顯示系統故障報警及錯誤指令信息。通過點擊用戶登錄界面或其他界面的“故障報警”按鈕，方可進入該界面。

表1? 在線密封檢測使用流程

圖3? 密封檢測界面

在此界面，可查看當前所有故障報警及錯誤指令信息。另外，在所有顯示界面的最上方均設有故障報警流動顯示窗口，實時報警錯誤信息將在該條形窗口上進行流動顯示[3]。

5.4? 系統故障說明

人員閘門密封檢測系統常見的系統故障詳見表2。

表2? 系統故障說明

6? 結束語

綜上所述，本文推薦并描述了一套已實際驗證并應用的人員閘門密封檢測系統。氣動回路作為人員閘門密封檢測系統的控制臺，由一系列不同品牌、不同型號的高質量、高性能的零部件組成，是一套精密的機械結構；再通過電氣控制，形成了一套帶有觸摸屏控制界面的機電一體化控制系統，從而實現了密封檢測系統的各項功能。

隨著國內外對于核電站安全的要求逐漸提升，核島安全殼密封性能的關注度也會越來越高。通過詳細解析人員閘門密封檢測系統的零部件和電控，對于后期的優化升級改進、國產化替代以及新增功能，提供一套完備且實際應用的基礎架構。

參考文獻：