核電站大氣釋放閥調(diào)試故障淺析

付興成

（三門核電有限公司，浙江 三門 317112）

0 引言

在先進(jìn)的三代機(jī)組中，大氣釋放閥執(zhí)行蒸汽發(fā)生器隔離和蒸汽發(fā)生器排放隔離的安全功能。當(dāng)凝汽器、循環(huán)水泵或凝汽器蒸汽排放功能不可用時，通過大氣釋放閥排放來冷卻電站。

三門核電站使用的大氣釋放閥是口徑12in 的調(diào)節(jié)閥，儀控相關(guān)的附件包括定位器、氣動閥放大器、1E 級電磁閥和限位開關(guān)。該閥門的失效位置是關(guān)閉位置，正常機(jī)組運(yùn)行時閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，1E 級電磁閥處于常帶電模式。該閥門閥芯設(shè)計較為特殊，帶有先導(dǎo)閥，其中主閥行程6in，先導(dǎo)閥行程0.5in。該閥門的調(diào)試工作主要關(guān)注閥門的調(diào)節(jié)性能，同時保證閥門在運(yùn)行工況下具備開啟的功能[1]。

1 大氣釋放閥調(diào)試故障處理

該閥門的冷態(tài)調(diào)試包括機(jī)械檢查、校線檢查、儀控附件校驗(yàn)、診斷測試。其中，該閥門帶有手輪且手輪機(jī)構(gòu)較為特殊，操作時要嚴(yán)格按照操作手冊執(zhí)行，同時該閥門帶有上下氣缸平衡閥，手動操作時需要開啟該平衡閥，操作完成后需要關(guān)閉該平衡閥。

1.1 冷態(tài)調(diào)試故障處理

該閥門的冷態(tài)調(diào)試項(xiàng)目如下：

1）機(jī)械檢查：手動操作該閥門確認(rèn)閥門手動操作正常，動作過程中沒有明顯的卡澀。檢查各機(jī)械連接部件連接完好，沒有明顯松動或部件缺失。

表1 定位器線性度檢查Table 1 Locator linearity check

2）校線檢查：依據(jù)電氣接線圖紙對閥門的信號反饋接線進(jìn)行查線，本閥門帶有1E 級電磁閥，在進(jìn)行校線檢查時尤其要關(guān)注電磁閥接線的正負(fù)極問題，如果接線錯誤會導(dǎo)致電磁閥損壞。

3）儀控附件校驗(yàn)：主要包括定位器控制性能檢查和限位開關(guān)調(diào)整。

4）診斷試驗(yàn)：通過采集閥門的供氣壓力、定位器壓力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部壓力、閥門行程和閥桿推力來判斷閥門的整體性能，如落座力、摩擦力和調(diào)節(jié)性能等。

在進(jìn)行定位器線性度檢查時，發(fā)現(xiàn)該閥門較大開度時的控制性能較差，定位器反饋的閥位和實(shí)際閥位偏差較大，以閥門V233A 為例，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

通過表1 可以看出，閥門的實(shí)際閥位和定位器反饋閥位最大偏差10%，這已超出了閥門控制性能的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

該閥門使用的定位器是Fisher DVC6010 定位器，該系列數(shù)字式閥門控制器是基于微處理器的電氣轉(zhuǎn)換儀表，除了把電流信號轉(zhuǎn)換成氣壓輸出這一標(biāo)準(zhǔn)功能外，還可以通過HART 通訊協(xié)議獲取控制閥的基本信息[2]。通過使用HART 手操器對定位器進(jìn)行自動校驗(yàn)，在發(fā)現(xiàn)該定位器控制性能差后，通過定位器穩(wěn)定/優(yōu)化菜單對定位器進(jìn)行了優(yōu)化，以增加閥門的響應(yīng)，同時嘗試調(diào)整定位器反饋桿連接位置，通過多次調(diào)整，調(diào)整后重新進(jìn)行定位器自動校驗(yàn)，但該問題仍無法解決。后通過仔細(xì)研究Fisher DVC6010 定位器說明書，發(fā)現(xiàn)該型號定位器適用于行程0in ～4in 的閥門，但是大氣釋放閥行程是6.5in，經(jīng)再次與定位器廠家進(jìn)行核實(shí)，確認(rèn)是定位器選型錯誤。通過更換正確型號的定位器后，該閥門控制性能滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 大氣釋放閥氣路控制圖Fig.1 Atmosphere release valve gas route control chart

1.2 熱態(tài)調(diào)試故障處理

核電站進(jìn)行熱態(tài)功能試驗(yàn)時需要驗(yàn)證大氣釋放閥的排放能力，因此需要操作大氣釋放閥全開，但是閥門在收到全開指令后無法全開，閥門閥位在65%左右的閥位上下波動，該閥門帶有過濾減壓閥、定位器、氣動放大器和電磁閥，氣路控制并不復(fù)雜，氣路控制圖如圖1 所示。

從氣源控制圖上可以看出，過濾減壓閥失效、定位器失效、氣動放大器失效、電磁閥失效、執(zhí)行機(jī)構(gòu)泄漏或閥門本體故障都有可能導(dǎo)致閥門無法全開。為了確定根本原因，將閥門從系統(tǒng)中隔離處理，對閥門進(jìn)行單體操作時發(fā)現(xiàn)，閥門在收到全開指令后可以完全打開，通過這個檢查可以確定電磁閥和放大器功能正常，下面通過使用診斷試驗(yàn)逐一對導(dǎo)致閥門熱態(tài)故障的原因進(jìn)行排查。

1.2.1 熱態(tài)診斷試驗(yàn)排查

通過使用診斷設(shè)備，在閥門上安裝氣壓傳感器測量執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力，在定位器輸出口安裝氣壓傳感器測量定位器輸出壓力，同時使用行程傳感器監(jiān)測閥門的行程，在熱態(tài)情況下操作閥門全開，得到的診斷曲線如圖2 所示。

圖2 中閥門仍然無法全開，閥位在65%左右開度近40s。執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣壓維持在50Psi 附近，沒有飽和趨勢，也沒有明顯上升趨勢。定位器輸出僅提供了2s 左右的飽和氣壓，然后降至50Psi 附近，并在該區(qū)域波動。

1.2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)泄漏排查

通過熱態(tài)功能測試，可以看出執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力未能達(dá)到飽和壓力，通過調(diào)整過濾減壓閥的設(shè)定值到100psi，使用診斷設(shè)備監(jiān)測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力，全開操作閥門時，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)部壓力可以達(dá)到100psi。根據(jù)這個試驗(yàn)可以看出執(zhí)行機(jī)構(gòu)不存在泄漏，需要排查其他的方面。

圖2 熱態(tài)診斷試驗(yàn)曲線圖Fig.2 Thermal diagnostic test graph

1.2.3 閥門本體排查

閥門本體帶有先導(dǎo)閥，如果先導(dǎo)閥工作異常，也可能導(dǎo)致閥門無法全開?；谶@個考慮，需要驗(yàn)證閥門本體是否存在問題。通過更改氣源管路，直接使用過濾減壓閥輸出壓力作為氣動放大器信號壓力，將閥門改造為開關(guān)閥，通過操作電磁閥實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)。

在帶壓情況下再次操作閥門，閥門可以正常打開，通過此次試驗(yàn)可以排除閥門本體、氣動放大器和電磁閥的問題。

1.2.4 定位器問題排查

在完成熱態(tài)診斷試驗(yàn)排查、閥門本體和執(zhí)行機(jī)構(gòu)排查后，基本可以判斷定位器是導(dǎo)致閥門無法全開的根本原因。定位器在收到全開指令后，僅在前幾秒輸出了飽和氣壓，之后一直維持在50psi，導(dǎo)致閥門無法全開。

智能定位器具有精度高故障率低，檢修方便的特點(diǎn)。主要組成是數(shù)據(jù)采集電路、電氣轉(zhuǎn)換器、氣動功率轉(zhuǎn)換、氣動功率放大器、行程傳感器幾部分。來自4mA ～20mA電流控制信號，經(jīng)過濾波、限壓、差動放大器處理后，送入微處理器，作為采樣輸入信號。經(jīng)過軟件處理輸出控制指令，定位器的CPU 處理器，產(chǎn)生不同的脈沖電流信號，經(jīng)過功率放大電路，生成驅(qū)動電流，驅(qū)動線圈工作，電磁線圈推動電氣轉(zhuǎn)換器的部分擋板，產(chǎn)生微小位移。根據(jù)背壓原理，噴嘴擋板產(chǎn)生微小位移通過噴嘴驅(qū)動放大器工作，產(chǎn)生響應(yīng)的氣體信號輸出。該信號輸出給調(diào)節(jié)閥，推動閥桿產(chǎn)生相應(yīng)的位移，使調(diào)節(jié)閥工作。閥桿運(yùn)行軌跡通過機(jī)械反饋連桿帶動高靈敏閥位傳感器旋轉(zhuǎn)。該傳感器輸出電壓變化量，經(jīng)壓差運(yùn)動放大回路處理后，輸入微處理器進(jìn)行采樣，經(jīng)處理得到對應(yīng)的閥位變量。閥位設(shè)定值與閥位變量經(jīng)軟件計算、比較，得到差值。根據(jù)差值的大小，實(shí)時修正閥桿的位移，完成氣動閥的控制過程[3]。定位器在控制過程中容易受到高溫的影響，導(dǎo)致控制異常。

在機(jī)組正常運(yùn)行時，大氣釋放閥周圍的溫度很高，使用點(diǎn)溫槍測量了定位器安裝區(qū)域的問題，局部溫度高達(dá)170℃，經(jīng)查閱定位器手冊，該定位器最高可以承受85℃，因此判斷高溫是導(dǎo)致定位器工作異常的原因。

為了降低高溫對定位器的影響，更換了新的定位器，同時使用廠用壓空系統(tǒng)給定位器進(jìn)行降溫。在降溫后使用點(diǎn)溫槍測量了定位器周邊溫度，溫度在50℃左右，該溫度滿足定位器的工作范圍。再次帶壓操作閥門，閥門仍然無法全開。通過這個試驗(yàn)可以看出，溫度不是導(dǎo)致定位器異常的主要原因。

結(jié)合整個問題的排查過程再次梳理了閥門不能全開的異?，F(xiàn)象，大氣釋放閥全開過程中整個管線存在一定的振動，智能定位器內(nèi)部的電氣轉(zhuǎn)換器噴嘴可能在振動的影響下工作異常?；诖嗽蚍治?，在獲得許可后，將定位器從閥門支架上拆下，使用軟管替代原有的不銹鋼氣源管線。再次操作閥門全開，閥門動作正常，至此大氣釋放閥不能全開的故障原因也確定了。

大氣釋放閥熱態(tài)操作時，共振引起定位器內(nèi)部電氣轉(zhuǎn)換器工作異常導(dǎo)致閥門無法全開，在確定原因后制作了臨時的聚四氟乙烯墊片，加裝在定位器、安裝板及支架上，以求改變共振頻率，再次進(jìn)行試驗(yàn)，閥門動作正常。

熱態(tài)調(diào)試時閥門無法全開，定位器是導(dǎo)致該缺陷的重要因素，在后續(xù)選擇定位器時要結(jié)合實(shí)際工況進(jìn)行匹配，以便定位器更好的工作。

2 結(jié)語

氣動閥故障在調(diào)試和運(yùn)行過程中較為頻繁，如果能及時查明故障原因并消除故障，可以使系統(tǒng)更快投入運(yùn)行，極大地節(jié)約成本。本文結(jié)合大氣釋放閥調(diào)試過程中的缺陷該如何進(jìn)行分析判斷，對后續(xù)問題給出相對應(yīng)的故障判斷思路和解決方法，希望對國內(nèi)在建的其他三代核電機(jī)組有參考意義。