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压水堆核电厂气动调节阀常见故障及维护

气动调节阀在工业控制领域的应用由来已久。气动调节阀作为一种工业控制执行器,具有能耗低、能耗小、防火防爆、适用于高速间歇运动、自我维护能力强、可靠性和寿命高、维护安全方便等优点。当然,气动调节阀也存在输出功率低、噪音大、润滑性差等缺点。气动调节阀广泛应用于火力发电、石油、化工等工业生产领域。同样,作为原子能发电行业,气动调节阀被广泛应用于多种调节系统中。

通过气动调节阀的调试和运行中的几个问题,以及最后的故障分析和处理,分析了气动调节阀在状态管理和维护中应注意的几个方面,这种基于阀门功能的实例与一般的注意事项不同,对阀门的状态管理和维护具有重要的意义。

1 阀门不具备现场维护条件

蒸汽发生器污水管道换热器下游有两个调节阀A和B,即污水减压站。两个阀门和管道并联,功能相同,一个正常运行。在系统设计时,要求在任何时候只有一条管道在运行,另一条管道处于待命或维修状态。然而,如图1所示,由于两种阀门模型和功能完全相同,设计参数完全相同,因此在阀门气动控制回路的设计中,只有通过电磁阀来确定该阀的运行方式,并且没有合理地划分两个阀门的气体路径。

从图1可以看出,这种安排的正常操作和阀门切换功能没有问题,但一旦出现需要大修的一个阀门问题,例如需要取消气体回路连接器,另一个阀门的气体控制信号就会受到影响,导致阀门动作异常。一方面影响蒸汽发生器排放的正常运行,另一方面阀门调节流量的突然变化给蒸发器系统的换热器和下游设备带来冷热冲击,影响设备的寿命。为了使A和B进行在线维护,必须隔离两个阀门的气体回路信号。通过对气路图的分析,可以看出,在换流器(EP)下游和两个气门定位器之间只需加一个隔离阀,使两个气源具有独立隔离和维护的条件。

图1 双阀控制A和B气路原理图

2 阀门不紧密关闭,导致内部泄漏

由于调节阀具有调节和安全的功能,因此有必要保证调节阀及其控制回路的性能参数满足要求,以保证调节阀实现其应有的功能。当调节阀处于完全关闭状态时,要求阀门紧密隔离,管道介质中的泄漏在有限的范围内。然而,在实际运行中,由于各种原因,调节阀的调节功能往往受到重视,而忽略了调节阀的一些安全功能。下面是调节阀在关闭状态下的松散隔离的一个例子。核电站在运行时,大气释放阀的关闭导致蒸汽的内部泄漏较弱。

一般来说,存在阀门不严格关闭的问题,在调节电信号、空气回路信号和阀体等方面可能会出现问题。这里有一些可能的主要问题:

1) 电动转换器E≤P的性能很高,当需要关闭调节信号时,输出压力不能降到0.2巴以下;

2) 当定位器高度浮动,需要关闭调整信号时,输出压力不能恢复到零;

3) 气体通路上有附件漏气;

4)阀门由于阀门或阀芯内异物的收敛性而不严格关闭;

5) 对于气门,当阀门关闭时,弹簧弹性可能不够;

6) 阀门的中心点不合适;

7) 调节阀前后的介质压差过大。

对于可能出现的问题,可以通过诊断、测试和维护加以解决。只有调节阀及其相关附件均满足相应的性能要求,调节阀的功能才能得到保证。

空气释放阀和凝汽器蒸汽排放系统共同构成了汽轮机旁路系统。为满足机组启停和事故处理的需要,建立了汽轮机旁路系统。该系统可以为第一回路提供人工负载。汽轮机旁路系统的主要功能是在汽轮发电机突然减少负荷或汽轮机跳闸的情况下,去除蒸汽发生器产生的多余蒸汽,以避免蒸汽发生器安全阀的作用;在热停反应器和冷却初期,裂变产物和运行主泵产生的余热释放和显热,直到RRA系统投入使用为止;大气释放阀位于主蒸汽隔离阀的上游,压力设定值分别为7.85MPa和8.05MPa。在每条主蒸汽管线上安装一个电气隔离阀和一个气动控制阀。电气隔离阀在正常运行过程中保持全开状态,气动控制阀保持关闭状态,并根据主蒸汽管道的压力进行调节。空气释放阀后面是消音器,蒸汽通过消音器排放到大气中,以降低系统的噪音水平。

由此可见,大气释放阀的重要性,如果正常操作时误开,可能导致电路功率超支。大气释放阀的空气通道原理如图2所示。


图2 大气释放阀气路原理图

核电站正常运行时,大气释放阀保持关闭,大气释放阀仅在主蒸汽管道压力大于设定值时才根据调节信号开启。

在核电站大修过程中,对大气释放阀进行了诊断,诊断结果表明,阀门关闭弹簧弹性接近下限。根据阀门的使用寿命和维修经验,确定了也可以使用循环,使弹簧不能作弹性调节或更换。

同时,在进行阀门诊断时,阀门所在的管道处于正常温度和压力状态,阀门前后没有压差,阀体不被热量膨胀。因此,阀门定位器参数的调整并不是保守的,而只是为了满足要求,这是非常重要的。当阀门定位器接收到全关闭电流信号时,输出压力不是完全为零,但没有达到足够的压力使阀门开启。同时,阀门的关闭力测试也满足了要求。系统进入运行状态后,阀门前部充满高温高压介质,使阀门受热,阀体部件膨胀;同时,阀门前后压差过大,使阀门接受全关闭电流信号,阀门内部泄漏很弱,但由于是高温高压介质,导致蒸汽在阀门后面浮出。但是,由于机组状态和技术指标的要求,阀门不能在线检修和调整。经过一次循环运行后,阀芯用小型高温蒸汽清洗,虽然没有明显的冲蚀缺陷,但必须更换。

3 阀门的保位功能无法实现

反应器余热去除系统也可称为反应器冷却系统。核安全的主要问题是确保燃料在任何情况下都能持续冷却。在正常运行情况下,燃料产生的能量是通过蒸汽发生器从第一回路到第二回路的传热得到的。反应堆关闭后,核能消失,但裂变碎片衰变产生的剩余功率及其衰变缓慢减少。为了获得剩余功率,第二回路首先仍然用来冷却反应堆。当二次回路不能运行时,反应器冷却由反应器余热去除系统保证。

由于余热排出系统的重要性,其流量调节阀具有非常重要的功能,即当压缩空气发生故障时,阀门保持原来的开度,保证余热排出系统的流量,从而保证芯的冷却。

余热排出流量调节阀的气路原理如图3所示。


图3 余热排除流量调节阀气路原理图

注:121 过滤器减压阀;122 过滤器减压阀;119 E/P;139 位置保持阀(气体锁阀);301 阀门定位器;302 电磁阀;306 手动释放阀;307 阀门极限阀

为了实现在正常运行中的调节功能,并在发生压缩空气故障时保持阀门的位置,在阀门定位器输出气压信号后安装了位置保持阀(空气锁阀)。这种气门的结构原理如图4所示。


图4 保位阀结构原理图

当气源信号进入气室B时,当气源信号进入气室B时,将气源信号进入气室B时对比较元件2的作用力进行比较,当气源信号进入气室B时,隔膜比较组件2的推力,该推力大于给定的弹簧力。此时,板阀芯3被提起,喷嘴4打开,通道处于正常工作状态,当气源失效,气体供应中断时,B气室的压力降低。在弹簧力作用下,平阀芯3覆盖喷嘴,切断气室A与出口之间的通道。也就是说,气动执行器的气室密封,使调节阀的工作位置保持在原来的位置,起到了保持阀门位置的作用。

根据余热排放流量调节阀的气路示意图和位置保持阀的结构原理,为了实现在正常和异常情况下的位置保持功能,主要结果如下:

1) 位置保持阀完好无损,不存在杂质;

2) 保位阀的弹簧压力调节合适

3) 手动释放阀功能正常;

4) 各连接接口均无泄漏;

5) 阀体正常,隔膜无泄漏。

在电厂调试过程中,余热排放流量控制阀需要进行功能验证,其中之一是在压缩空气损失后不少于96h保持阀门原来的位置。但是,发现阀门的位置保持时间远远小于要求值,且随着时间的增加,阀门的开度减小得非常慢。

气体通道中的附件被逐个检查,阀门的输出连接被拆除,阀门通过气流清洗,没有异物被发现,气门的气源被断开,入口和出口之间没有内部泄漏,这表明阀门的功能是完全满足的。同样,对手动放气阀也进行了检查,未发现异常现象,各连接界面均未发现泄漏现象,调节阀体的调节功能良好。最后,对调节阀气室膜片的漏风进行了判断。经过严格的检漏和解体检查,发现气门气室隔膜存在轻微裂纹,导致隔膜漏风,无法实现阀门位置的保存功能。更换新隔膜后,位置保持功能试验合格,保证了余热排放流量控制阀的安全功能,即在异常工况下保持堆芯冷却。

4 总结

以上实例中的问题不能代表气动调节阀的全部问题。一般说来,任何环节都可能存在问题,只有当气动调节阀的所有部件和附件处于正常工作状态时,阀门才能正常工作,才能实现其调节功能和安全功能。

气动控制阀及其附件在运行中会逐渐老化,特别是当阀门环境相对恶劣时,阀门及其附件的老化会加速。当阀门及其附件老化到一定程度时,阀门的调节功能和安全功能就会受到破坏,严重时会完全丧失调节功能和安全功能,从而影响系统的运行和安全。

在核电厂中,由于核安全的特殊性,调节阀在任何时候都必须满足其调节功能和安全功能。因此,通过阀门及其附件供应商的设计和制造数据,给出了阀门及其附件的使用寿命建议,并根据电厂的实际运行和维护经验,对阀门及其附件的维护进行了分类,并给出了合理的周期。为控制阀开发了一些预防性维修项目,如阀门控制检查、阀门拆卸维修、阀门易损部件更换和校准、阀门功能测试等。通过项目的各个方面,对阀门状态进行更全面的监控和管理,指导维修活动。

同时,通过阀门的作用不能简单地获得阀门及其附件的许多参数,如阀门的关闭力、阀门填料的摩擦力、阀门的响应能力等。随着阀门管理和维护技术的进步,在线诊断在控制阀性能测试中得到了很好的应用。通过诊断,可以准确地测量阀门参数值,并根据设计要求进行验收。如果不满意,可以有针对性地进行维护和测试。



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