核電站用核一級唇邊焊截止閥泄漏問題及解決方案

趙濤　所昊然　馬可騰

【摘 要】核一級唇邊焊截止閥在系統(tǒng)打壓試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)中腔泄漏，現(xiàn)場維修后又出現(xiàn)二次泄漏，最終更換中腔墊片解決泄漏的問題。同時(shí)，對比了進(jìn)口的同類閥門，供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】截止閥；唇邊焊；中腔泄漏

0 引言

截止閥是一種常用的截?cái)嚅y，主要用來接通或截?cái)喙艿乐械慕橘|(zhì)。截止閥適用壓力、溫度范圍很大，但一般用于中、小口徑的管道。截止閥關(guān)閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動(dòng)，其閥座通口的變化與閥瓣行程成正比例。本文以國內(nèi)某閥門廠承接的方家山核電項(xiàng)目1號、2號機(jī)組，福清核電項(xiàng)目1號、2號、3號、4號機(jī)組的核一級截止閥中腔泄漏為例，通過泄漏原因的分析，以期對后續(xù)閥門設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

1 情況介紹

閥門廠根據(jù)采買方（設(shè)計(jì)院）出版的技術(shù)規(guī)格書設(shè)計(jì)并制造閥門。技術(shù)規(guī)格書要求該閥門手動(dòng)開關(guān)，運(yùn)行壓力17.2Mpa（表壓），溫度343℃，外徑60.3mm，壁厚8.7mm，介質(zhì)為反應(yīng)堆冷卻劑。

特殊要求：閥體和閥蓋的聯(lián)接為焊接密封閥門，螺旋纏繞墊片隨閥門供貨，密封唇現(xiàn)場焊接。

該廠閥門設(shè)計(jì)為：公稱通徑DN50，公稱壓力1690Lb，殼體強(qiáng)度試驗(yàn)壓力43.8Mpa，閥座密封試驗(yàn)壓力29.2Mpa，閥瓣強(qiáng)度試驗(yàn)壓力32Mpa，閥門采用了螺紋閥蓋設(shè)計(jì)，中腔密封采用金屬墊片加唇邊焊接輔助密封結(jié)構(gòu)。閥門出廠前，唇焊已經(jīng)施焊完畢。閥門設(shè)計(jì)草圖如圖1所示：

在系統(tǒng)冷試及熱試時(shí)，部分安全等級為核一級的截止閥發(fā)生中腔泄漏現(xiàn)象。2013年11月-12月期間，閥門廠陸續(xù)收到方家山和福清現(xiàn)場的質(zhì)量信息反饋，在熱試期間RCP系統(tǒng)和RPE系統(tǒng)的口徑為DN50、壓力為1690Lb、安全等級為核一級的截止閥分別有3臺和5臺唇邊焊處有蒸汽排出，如圖2所示：

閥門廠與現(xiàn)場溝通，返修方案批準(zhǔn)后，制定了1號機(jī)組閥門返廠處理，2號機(jī)組在線排查處理的方案。

2 原因分析

（1）從技術(shù)上分析，該閥門廠設(shè)計(jì)的閥門采用了經(jīng)典的螺紋閥蓋設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，常被用于空間布置不充裕的場所如核電站、潛艇等項(xiàng)目上。中腔采用金屬墊片加唇焊接輔助密封結(jié)構(gòu)。具有密封性保持持續(xù)周期長、密封可靠的特點(diǎn)，可大大減少由于密封件本身失效導(dǎo)致的檢修頻次。該閥門廠也研制了樣機(jī)，口徑為DN25、DN50，壓力為1690磅，樣機(jī)均經(jīng)過17.2Mpa，343℃模擬工況條件的2000次熱態(tài)壽命試驗(yàn)及5次冷熱交變試驗(yàn)，最終檢查顯示閥門中腔密封良好，無可見泄漏。從樣機(jī)驗(yàn)證結(jié)果和使用業(yè)績來看，該閥門的設(shè)計(jì)是可靠的。

（2）現(xiàn)場解體檢查結(jié)果顯示，問題閥門的閥體與閥蓋連接螺紋有松動(dòng)。后經(jīng)詢問問題閥門的裝配人員得知，閥門在廠內(nèi)試驗(yàn)合格后、唇邊焊之前，裝配人員為了閥門的美觀，調(diào)整了閥蓋支架的安裝方向，將擰緊的閥蓋違規(guī)進(jìn)行了一定角度的回退，致使金屬密封墊片喪失或減小了金屬墊片的密封/截流/減壓作用，使唇邊焊的焊縫在長時(shí)間高溫承壓過程中疲勞破損，導(dǎo)致蒸汽外泄。

（3）現(xiàn)場維修導(dǎo)致了二次泄漏。方家山項(xiàng)目、福清項(xiàng)目2號機(jī)組28臺閥門在核電站現(xiàn)場進(jìn)行解體檢查，并進(jìn)行回裝工作。由于核電站現(xiàn)場管路復(fù)雜、空間狹小，施工條件（環(huán)境）不具備，未達(dá)到閥門在車間的回裝驗(yàn)證條件，閥門回裝時(shí)擰緊力矩不夠，導(dǎo)致閥門解體回裝后密封墊片的局部失效。閥門回裝完畢后無法在線打壓驗(yàn)證壓力邊界的完整性，在冷態(tài)功能試驗(yàn)試壓時(shí)直接暴露了問題，泄漏點(diǎn)如圖3所示：

方家山項(xiàng)目2號機(jī)組一臺截止閥發(fā)現(xiàn)中腔泄漏，經(jīng)拆解檢查發(fā)現(xiàn)時(shí)由于中腔墊片斷裂所致。

3 解決方案

（1）制造廠聯(lián)合密封件廠家，研制問題閥門的專用墊片代替金屬墊片。選取三種形式的墊片進(jìn)行試驗(yàn)研究：1組金屬夾石墨墊、2組金屬石墨纏繞墊、1組石墨增強(qiáng)墊。最終根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果表明：金屬石墨墊通過了熱態(tài)和冷熱交變試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果能夠滿足密封性能要求，拆解后的墊片，仍能保持墊片的完整性，技術(shù)方案改進(jìn)為將金屬墊片更換為金屬石墨纏繞墊片。并對該類墊片的中腔擰緊力矩進(jìn)行了計(jì)算。

（2）以進(jìn)口同類型閥門替代。在嶺澳核電廠一期、二期，秦山核電廠二期該閥門由進(jìn)口供貨商供貨，未出現(xiàn)泄漏問題。國產(chǎn)和進(jìn)口同類型閥門情況進(jìn)行對比如表1所示：

在都使用金屬墊片的情況下，進(jìn)口閥門的中腔擰緊力矩幾乎是進(jìn)口閥門擰緊力矩的一半，且進(jìn)口的此類截止閥的唇焊在閥門出廠時(shí)是不施焊的。在現(xiàn)場的冷試、熱試階段，中腔的密封性能都是金屬墊片保證的。說明了進(jìn)口閥門的閥體和閥蓋密封端面較完美的粗糙度，加工水平更高一籌，金屬墊片的尺寸也是定制的，與體蓋密封端面有較好的吻合。

4 結(jié)論

（1）對于金屬石墨纏繞墊的使用壽命還應(yīng)繼續(xù)研究、試驗(yàn)，確定合理的更換周期。

（2）由于金屬墊片壓縮比小[1]，要求制造廠具有較高的加工裝配水平。且在熱試期間，由于材料膨脹系數(shù)不同，熱應(yīng)力的產(chǎn)生會導(dǎo)致材料變形，從進(jìn)口閥門的設(shè)計(jì)和使用情況來看，國內(nèi)閥門制造廠對設(shè)備加工精度和焊接水平還需要進(jìn)一步提高。

（3）根本的解決方案還是使用金屬墊片來保證工藝的可靠性，從而長期安全可靠運(yùn)行使用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]JB/T6369-2005柔性石墨金屬纏繞墊片技術(shù)條件[Z].

[責(zé)任編輯：王楠]