安全殼隔離閥密封性試驗問題研究

彭巧云　樊武

摘 要：隔離閥是安全殼核安全功能的重要組成部分，檢驗隔離閥的密封性是一項跨系統(tǒng)、工況多、難度大、耗時長的工作，結(jié)合現(xiàn)場工作經(jīng)驗，分析隔離閥密封性試驗的方法、遇到的問題，對現(xiàn)場接口單位協(xié)調(diào)工作、易發(fā)生泄漏的閥門、現(xiàn)場操作管理、閥門廠家進場工作、工藝改進等提出有效建議，為核電廠安全殼隔離閥密封性試驗提供指導(dǎo)意見。

關(guān)鍵詞：安全殼；隔離閥；密封性；泄漏；經(jīng)驗反饋

中圖分類號：TL364 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0076-02

Abstract： Isolation valve is an important part of containment nuclear safety function. Testing the sealing property of isolation valve is a kind of work which is cross-system， multi-working conditions， difficult， and time-consuming. Based on field work experience. This paper analyzes the methods and problems of sealing test of isolating valve， and puts forward some effective suggestions on the coordination of field interface units， leakage prone valves， field operation management， valve manufacturer's entry work and process improvement， etc. to provide guidance for containment isolation valve tightness testing in nuclear power plants.

Keywords： containment； isolating valve； sealing； leakage； empirical feedback

1 概述

安全殼是核電廠最后一道安全屏障，肩負著包容事故釋放出的放射性物質(zhì)和防護反應(yīng)堆廠房設(shè)備的重要功能，因此保持安全殼的完整性至關(guān)重要。因其功能的特殊性，所有貫穿安全殼的設(shè)備和管道等都需要通過特殊部件實現(xiàn)其密封性和連續(xù)性，這類特殊部件包括機械貫穿件、電氣貫穿件、隔離裝置、人員閘門、設(shè)備閘門等。其中機械貫穿件主要負責貫穿安全殼的各系統(tǒng)管線的密封隔離，主要通過安全殼內(nèi)外的隔離閥來實現(xiàn)。這些安裝在機械貫穿件上的隔離閥由于數(shù)量、種類較多，在核電廠實際應(yīng)用過程中產(chǎn)生的問題也呈多樣化，本文就此方面進行探討。

2 試驗方法

因安全殼密封性的要求，需要定期對機械貫穿件上的隔離閥進行密封性試驗，檢驗其泄漏率是否符合驗收準則。以某核電廠為例，役前需要進行密封性試驗的安全殼機械貫穿件為82個，需要測量泄漏率的隔離閥為253個，包含手動閥、電動閥、氣動閥、止回閥、閘閥等類型，閥門直徑小至8mm，大至750mm，涉及核島冷凍水系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)、核取樣系統(tǒng)、安全注入系統(tǒng)等18個系統(tǒng)，相關(guān)的試驗管線和邊界廣泛分布在核島廠房、連接廠房及核輔助廠房，這使得試驗時現(xiàn)場工況和環(huán)境及其復(fù)雜，給隔離閥密封性試驗的實施帶來了不小的難度。

選擇一種方便、快捷、準確的試驗方法，對于隔離閥密封性試驗這種數(shù)量眾多、工況多變的情況顯得尤為重要，能夠大大降低試驗難度和工期。一般采用以氣體為試驗介質(zhì)的流量補充法進行試驗，試驗原理如圖1所示。

測量閥門V1和C1的泄漏率，V1和C1呈關(guān)閉狀態(tài)。將邊界閥門V2、V3關(guān)閉，試驗支管閥門K1、K2打開，通過試驗裝置向試驗管線內(nèi)充入試驗介質(zhì)，達到試驗壓力Pe后，調(diào)節(jié)充入試驗介質(zhì)的量，使管線保持壓力恒定。由于K2直通大氣，試驗介質(zhì)充入管線的流量就是試驗介質(zhì)從被測閥門泄漏的流量。通過測量單位時間試驗介質(zhì)充入管線的流量得到此試驗閥門的泄漏率。流量補充法的優(yōu)點是測量參數(shù)少，測量持續(xù)時間短，試驗結(jié)論準確，比較適合測量對象多的核電廠安全殼隔離閥密封性試驗。

3 經(jīng)驗反饋

安全殼隔離閥密封性試驗需要在調(diào)試期間安全殼整體密封性試驗之前進行一次，在役電廠的試驗間隔不得超過兩年，屬于高頻率的試驗項目。役前試驗因涉及安裝過程，管道、設(shè)備、閥門的現(xiàn)場安裝與調(diào)試交叉作業(yè)，工況復(fù)雜，相對于在役試驗，役前試驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題更多。

3.1 調(diào)試與安裝交叉作業(yè)的影響

以某核電廠為例，由于調(diào)試單位與安裝單位在施工前未進行充分溝通，未能提前明確試驗所需接口狀態(tài)，導(dǎo)致55處正式盲板被提前安裝，而試驗時需要拆除正式盲板，正式墊片也因此被浪費。同時，因土建、甲供物項或圖紙供貨滯后等導(dǎo)致安裝進度滯后，23處試驗需要的接口為光管未正式安裝，只能焊接臨時接口，導(dǎo)致工作量增加，試驗進度落后。由于安裝單位施工計劃制定不合理，導(dǎo)致為試驗供氣的儀用壓縮空氣分配系統(tǒng)、公用壓縮空氣分配系統(tǒng)不可用，采用應(yīng)急壓空和安全殼外的氣源接口為試驗提供氣源，不但拉長了氣源管線導(dǎo)致氣壓降低、不穩(wěn)，影響試驗結(jié)果，還會造成系統(tǒng)管道中含有大量水分的氣體回流至測量設(shè)備中，對設(shè)備造成損傷。

鑒于以上事例，核電廠調(diào)試和安裝單位就安全殼隔離閥密封性試驗提前梳理不安裝正式盲板的試驗接口清單、接口為光管需要安裝正式管線的試驗接口清單，并整理出試驗所需部分設(shè)備狀態(tài)清單，如暫不安裝的法蘭等，避免重復(fù)拆裝和接口欠缺；提前梳理機組安裝計劃，確保相關(guān)系統(tǒng)安裝進度及時，能夠滿足試驗所需。

3.2 止回閥泄漏超標的問題

以某核電廠為例，在安全殼隔離閥密封性試驗過程中，每個機組涉及有45臺止回閥，但首次試驗泄漏超標的止回閥都在40臺以上，具體數(shù)據(jù)如下：

閥門泄漏超標的原因主要有：（1）O型圈安裝不到位，有些是由于閥瓣上的燕尾槽對O型圈產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致O型圈被拉長，在燕尾槽末端形成凸起，影響密封性能；有些是安裝O型圈時燕尾槽內(nèi)的空氣沒有完全排盡，在受熱或振動等情況下，氣體膨脹，將已經(jīng)裝好的O型圈鼓出，導(dǎo)致密封性能下降。（2）管道中有異物，由于碳鋼管道沖洗不充分殘留的鐵屑、焊渣及一些非安裝異物如水溶紙、小砂礫等，或保養(yǎng)不當引起的銹蝕，在密封部位形成異物，影響止回閥的密封。（3）焊接過程溫度過高使O型圈老化，由于焊接溫度超過了橡膠O型圈的承受溫度150℃，O型圈發(fā)生不可逆的破壞，無法達到密封要求。（4）閥瓣、閥體導(dǎo)向間隙過大，閥門的氣密性存在隨機性，閥門經(jīng)過多次解體、研磨和回裝，某次恰好使閥瓣完全垂直，達到要求的密封效果，如閥瓣再次動作，閥瓣與閥座間的配合發(fā)生改變，止回閥依然會出現(xiàn)內(nèi)漏超標的現(xiàn)象。（5）焊接過程中閥體變形，由于不銹鋼的傳熱系數(shù)較小，不同部位溫度上升和下降的速率不同，導(dǎo)致在焊接過程中焊接端產(chǎn)生收縮應(yīng)力，使閥體發(fā)生微量變形。如果閥體較薄，強度較差，產(chǎn)生的變形量則會相對較大。閥體變形后無法與閥瓣接觸，導(dǎo)致密封不嚴。

止回閥內(nèi)漏超標，且硬密封升降式止回閥返修率較高，因此浪費了大量的人力物力進行閥門的維修工作，導(dǎo)致后續(xù)工作計劃被推遲了50天。止回閥泄漏超標問題在核電廠中較為突出，需要引起足夠的重視。針對核電廠采用的止回閥類型，軟密封升降式止回閥焊接閥體前需抽芯，注意管道內(nèi)部的保養(yǎng)；硬密封升降式止回閥要求廠家擴充1mm閥體導(dǎo)向腔內(nèi)徑，校正閥體導(dǎo)向，重新加工閥芯；現(xiàn)場內(nèi)漏閥門采用研磨胎具進行處理，并組織廠家對焊接變形原因進行分析，給出根本解決措施。為保證試驗進度，在隔離閥密封性試驗前，組織廠家提前進廠對止回閥進行檢修，備好研磨工具和備件。

3.3 氣動截止閥閥瓣裂紋問題

以某核電廠為例，在安全殼隔離閥密封性試驗過程中，發(fā)現(xiàn)REN124VP閥門泄漏率超標，在對該閥門進行解體維修時發(fā)現(xiàn)閥瓣上有裂紋，見圖中箭頭所指位置。如裂紋發(fā)生在核電廠運行期間，則會存在劑量泄漏的風險。

閥瓣產(chǎn)生裂紋有可能是閥門本身的質(zhì)量問題，閥門材質(zhì)或者結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷，曾在同類核電廠中發(fā)現(xiàn)過6臺相同的氣動截止閥閥瓣開裂的情況；也有可能是進行了錯誤的閥門操作，手動關(guān)閉閥門時用力過大導(dǎo)致閥瓣開裂。針對此類閥門，必須嚴格按照要求進行操作，在非必要情況下禁止手動操作，防止人為因素對閥門造成損傷。

4 結(jié)束語

隔離閥是安全殼核安全功能的重要組成部分，檢驗隔離閥的密封性是一項跨系統(tǒng)、工況多、難度大、耗時長的工作，在因地制宜，選用合適的試驗方法的基礎(chǔ)上，吸取以往的經(jīng)驗教訓(xùn)，加強現(xiàn)場接口單位協(xié)調(diào)溝通，合理制定施工計劃，避免因施工滯后造成試驗工期延誤或者安裝不當造成閥門損傷；針對易發(fā)生泄漏的止回閥、氣動截止閥等，提前組織廠家進行排查檢修，加強現(xiàn)場操作管理，避免人為損傷；對可能存在質(zhì)量缺陷的閥門，組織廠家進行分析研究，改進閥門設(shè)計或工藝等，使安全殼隔離閥密封性試驗如期順利完成，并為機組后續(xù)周期性的試驗提供寶貴經(jīng)驗。

參考文獻：

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