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核電閥門使用中出現(xiàn)的故障該如何維修？

2024/5/30 14:00:47

在核電廠的各個核心系統(tǒng)中，閥門設(shè)備如同動脈一般，負責(zé)著關(guān)鍵介質(zhì)的傳輸與控制，其中不乏與核安全息息相關(guān)的關(guān)鍵閥門。隨著核電技術(shù)的迅猛進步，核電閥門的需求量和規(guī)模也呈現(xiàn)出顯著的增長態(tài)勢。核電，作為國際公認的清潔能源代表，其在保障環(huán)境可持續(xù)性的同時，為能源供應(yīng)提供了有力支撐，因此，越來越多的國家正積極選擇核電作為能源發(fā)展的重要方向。

01核電廠閥門使用基本情況

在核電廠的運營中，閥門堪稱是守護安全與穩(wěn)定運行的關(guān)鍵衛(wèi)士。閥門在核電廠應(yīng)用廣泛，幾乎涵蓋了所有系統(tǒng)，確保了電廠的正常運作。以CPR1000項目為例，兩個百萬千瓦的機組內(nèi)，就有超過28400臺閥門，這些閥門的投入占據(jù)了設(shè)備總投資的4%。而在長達40至60年的核電廠運行周期中，閥門的維護至關(guān)重要，其維修費用在整體運營支出中占據(jù)顯著比重。一般來說，核電閥門的年度維修費用往往超過整個核電廠費用的一半。

一些關(guān)鍵閥門如主蒸汽隔離閥、穩(wěn)壓器安全閥和主蒸汽安全閥等，其重要性不言而喻。它們不僅是電廠的核心組件，更是確保核電廠安全與穩(wěn)定的關(guān)鍵。同樣，一回路系統(tǒng)中的各類核級閥門也承載著巨大的責(zé)任，任何故障都可能對電廠的正常運行構(gòu)成威脅。歷史上，如1979年的三哩島核泄漏事故和2011年的日本福島第一核電廠核泄漏事故，均凸顯了閥門操作的正確性和故障處理的準(zhǔn)確性對核電廠安全的重要影響。這些事件告訴我們，閥門的正確操作與故障處理是確保核電廠安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

02核電站閥門基本類型

1）閘閥

液壓驅(qū)動閘閥。其一般是借助自身壓力水來實現(xiàn)活塞的開啟或關(guān)閉，該閥工作壓力為PN17.5MPa；公稱通徑為DN350、400mm;工作溫度315℃。全封閉型電動閘閥。其一般選擇了特制的屏閉式電動機，主要是借助浸水工作的內(nèi)行星減速機來確保閘板正常的啟閉運動。該閥工作壓力PN2.5-45.0MPa，公稱通徑DN100-800mm，工作溫度200-500℃。

2）截止閥

其包括三種結(jié)構(gòu)，分別是波紋管式截止閥、填料式截止閥和金屬膜片式截止閥，其一般在輔助管路上得到廣泛應(yīng)用。該閥介質(zhì)為中溫、中壓的水和蒸汽，公稱通徑一般在DN10-150mm。

3）蝶閥

其在安全殼內(nèi)空氣介質(zhì)輸送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，其主要包括偏心式金屬密封蝶閥、同軸直連式襯膠蝶閥和雙動式金屬密封蝶閥三種類型。該閥工作壓力PN<4.0MPa、公稱通徑DN≤2500mm、工作溫度100-150℃。

4）止回閥型隔離閥

其在核電站的蒸汽系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)形狀與升降式止回閥類似，該閥工作壓力PN1.0-42.0MPa、公稱通徑DN64-800mm、工作溫度-29-1050℃。

5）主蒸汽隔離閥

常規(guī)島和核島用主給水閥門、主蒸汽隔離閥，該閥工作壓力40.0MPa、公稱通徑DN800mm、工作溫度700℃。

此外，在核電廠的核燃料提取過程中，還選擇了滿足地震要求的安全閥、頂部安裝的核彈道閥和軟硬關(guān)閉的高真空閥。

03常見閥門故障

1）內(nèi)部密封失效

原因可能涉及自然因素，如密封元件壽命耗盡，以及人為因素，如密封面研磨不佳、填料過緊導(dǎo)致的損壞、材料不耐腐蝕、異物阻塞密封面或操作錯誤等。

2）閥體或閥蓋間泄露

原因可歸結(jié)為多個方面。首先，焊接過程中的不良操作，如夾渣、焊接不全或焊接裂紋等問題，是引發(fā)閥門性能不佳的重要原因。其次，鑄造材料的質(zhì)量問題，如砂眼、夾渣等缺陷，也會直接影響閥體和閥蓋的質(zhì)量。最后，閥體和閥蓋密封墊的失效也是導(dǎo)致閥門性能下降的關(guān)鍵因素。這些問題共同影響了閥門的正常運行和安全性。

3）閥門機械問題

現(xiàn)場機械部分也是導(dǎo)致閥門關(guān)閉的又一項主要原因。核電站機組平時一般帶基本負荷，其高壓缸的主閥和低壓缸調(diào)節(jié)閥一直處于全開狀態(tài)。因此閥門定位器中的先導(dǎo)閥閥芯一直處于某一個固定位置。只有在汽機負荷下降到一定水平時，這些閥門才開始要求關(guān)小開度。

4）裝配以及表面、尺寸問題

在工程實踐中，裝配不當(dāng)曾引發(fā)過嚴(yán)重的后果。例如，某核電廠在RRI系統(tǒng)調(diào)試過程中，由于閥門螺釘脫落，導(dǎo)致了巨大的財務(wù)和時間成本用于故障排查。此外，還有到貨的閥體與傳動箱法蘭連接時，由于雙頭螺栓長度不足，擰緊螺母后螺栓外露部分不夠，這也帶來了潛在的安全隱患和維修難題。

5）填料泄露

主要原因包括：填充材料抗腐蝕性不足或過期，安裝缺陷如填料尺寸不當(dāng)、螺旋接頭不良等，閥桿精度低導(dǎo)致彎曲磨損，填料圈數(shù)不足或壓蓋未正確壓緊引發(fā)的泄露，以及安裝和操作中的不當(dāng)處理。

6）功能與性能試驗的常見問題

閥門試驗與檢驗至關(guān)重要，確保閥門設(shè)計制造無缺陷，使用安全可靠?？傃b后須進行性能試驗，檢查是否符合設(shè)計與國家標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)試驗包括殼體強度、密封、低壓密封和動作試驗等，需逐項合格后進行下一項。試驗?zāi)苡行П┞恫牧稀⒚?、熱處理、機加工和裝配中的缺陷。

04故障維修策略

1）減少閥體或覆蓋泄露措施

a.遵循焊接操作程序，強化焊后檢查。

b.選用高質(zhì)量、適配的鑄造材料。

c.密封墊選型需匹配介質(zhì)工況。

d.對常泄露閥門進行選型評估，必要時替換。

2）解決填料泄露

應(yīng)該遵循以下步驟：

a.根據(jù)工況選擇合適的填料材料和型式。

b.正確安裝填料，盤根應(yīng)逐圈壓緊，接頭呈30°或45°。

c.老化或損壞的填料應(yīng)及時更換。

d.彎曲或磨損的閥桿應(yīng)矯直或修復(fù)，嚴(yán)重損壞的及時更換。

e.填料安裝應(yīng)按規(guī)定圈數(shù)，壓蓋應(yīng)均勻?qū)ΨQ擰緊。

f.損壞的壓蓋、螺栓等部件及時修復(fù)或更換。

g.操作時保持勻速正常力量，適當(dāng)調(diào)整壓蓋與閥桿的間隙，避免過大或過小。

3）防止內(nèi)部密封失效措施

a.定期檢查內(nèi)部元件，及時替換老化和磨損部件。

b.嚴(yán)格控制閥門密封面的研磨質(zhì)量，確保密封效果。

c.分析失效部件，優(yōu)化選材，防止因材質(zhì)問題導(dǎo)致故障。

d.檢修時加強防異物控制，清洗易沉積雜質(zhì)的管道，避免內(nèi)漏。

國內(nèi)核級閥門產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，取得顯著成就，并展現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。然而，我們必須正視現(xiàn)實，即當(dāng)前核電閥門在技術(shù)水平、質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性方面仍有不足，這在一定程度上制約了核電閥門的國產(chǎn)化進程。為了從根本上解決核電閥門的技術(shù)和質(zhì)量問題，滿足行業(yè)發(fā)展的迫切需求，我們需要在多個方面采取有力措施：

1.完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：加速核電閥門相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善，確保與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，提高設(shè)計、選材、制造和檢驗等各環(huán)節(jié)的規(guī)范化水平。

2.資源共享與實驗?zāi)芰ㄔO(shè)：整合行業(yè)資源，建立共享的實驗、檢測和鑒定平臺，減少重復(fù)投入，提升核電閥門的研發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3.人才與技術(shù)引進：加強核電人才培養(yǎng)，積極引進國際先進技術(shù)，提高核電閥門的設(shè)計水平和生產(chǎn)能力。

4.軟硬件升級：加大軟硬件投資，確保設(shè)計、制造手段的先進性，保障零部件和整機的加工、裝配質(zhì)量。

5.特種工藝人員培訓(xùn)：加強焊接、無損檢測、熱處理等特種工藝人員的培訓(xùn)考核，確保零部件制造質(zhì)量符合設(shè)計要求。

6.核安全意識與質(zhì)量管理：加強核電安全意識教育，提升全員質(zhì)量管理水平，確保核電閥門的設(shè)計、制造全過程符合高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求。

審核編輯(

王靜

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