核电厂安全阀的常见故障及分析

核电厂安全阀的常见故障及分析

武义赏

中国核电工程有限公司华东分公司浙江海盐314303

摘要：安全阀是核电厂中常见的设备，用以保护系统或设备在在稳定压力下运行。本文介绍了核电厂常用的弹簧式安全阀的常见故障，针对安全阀的常见故障进行了分析并提出了相应的解决方法。

关键词：核电厂；弹簧式；安全阀；故障分析

1.引言

安全阀是一种自动阀门，它不借助任何外力而利用介质本身的力来排出额定数量的流体介质，以防止压力超过额定的安全值；当压力恢复正常后，阀门再行关闭并阻止介质继续流出。鉴于安全阀本身的特性，它在工业领域中具有广泛的应用，同时也要求安全阀必须具备运行安全性和经济性，在动作过程中必须做到准确的开启、稳定的排放、及时的回座、可靠的密封等性能要求。

由于牵涉到核安全问题，在核电厂中对电站的安全性尤为重视，安全阀作为重要的安全设备之一，在电站的设计理念和运行过程中起着至关重要的作用。安全阀在核电厂中最广泛的用途是系统超压时，泄掉部分介质，保证设备的安全和系统的稳定，待压力降到规定值时，自动关闭并组织介质的进一步流失。

弹簧式安全阀是安全阀众多种类的一种，其结构简单，调整灵活，排放可靠，并且有长期使用历史，被广泛用于核电厂诸多系统管道及容器中，用以保护系统在安全压力下正常运行。

2.安全阀的工作原理

安全阀主要由阀座、阀瓣（阀芯）和加载机构三部分组成。阀瓣常连带有阀杆，它紧扣在阀座上。阀瓣上面是加载机构，载荷的大小可以调节。当设备内的压力在正常的工作压力范围之内时，内部介质作用于阀瓣上面的力小于加载机构加在阀瓣上面的力，两者之差构成阀瓣与阀座之间的密封力，使阀瓣紧压着阀座，设备的介质无法排出。当设备内的压力超过规定的工作压力并达到安全阀的开启压力时，内部介质作用于阀瓣上面的力大于加载机构施加在它上面的力，于是阀瓣离开阀座，安全阀开启。随着设备内压力下降，压力降至正常工作压力，此时设备内压力作用于阀瓣上面的压力小于加载机构施加在它上面的力，阀瓣又紧压阀座，介质停止排出，设备保持正常的工作压力继续运行[1]。

3.安全阀的常见故障分析

在核电厂中许多系统对介质的化学组成有严格要求且介质多具有放射性，所以安全阀故障导致泄漏是一个比较严重的问题。鉴于安全阀在核电厂中的重要作用及广泛应用，以下将针对安全阀在核电厂的调试与运行过程中可能出现的常见故障进行分类，对形成故障的原因结合实例进行分析，并提出了相应的改进措施。安全阀的常见故障主要有：阀门内泄漏（即阀座泄漏）、阀门外泄漏、安全阀的频跳、拒跳、颤振等。

3.1阀门内泄漏

在设备正常工作压力下，阀瓣与阀座密封面处发生超过允许程度的渗漏，此时安全阀的泄漏会引起介质损失，介质的不断泄漏有可能会使密封面遭到破坏，再者对于核电厂来说部分介质具有放射性等特殊性，造成的后果也很严重。安全阀发生泄露的原因主要有以下几个方面：①杂物落在密封面上或者密封面有划痕等损伤导致阀座和阀瓣密封不严②阀门开启压力与设备正常工作压力太接近，已知密封面比压力过低。③弹簧松弛从而使整定压力降低并引起阀门泄漏。

为避免此类故障的发生，可以采取以下必要措施。①设备安装、调试期间，尽量防止焊渣等异物落入设备和管道中，在冲洗过程中，确保冲洗的质量，尽可能保证容器或者管道内的清洁，②应根据设备情况对开启压力进行适当的调整。③可采取更换弹簧，甚至调换阀门等措施[2]。

3.2阀门外泄漏

除了阀座泄漏以外的所有泄漏。主要涉及阀体与阀盖连接处、阀体与进出口管道连接处和承压部件本身的缺陷。

主要是由于安装不当，导致进出配对法兰的垫片无法压实；或者是存在较大安装应力导致阀体变形，无法正确安装配对法兰。带波纹管的释放阀的泄漏可能是波纹管破损，导致介质从排气口溢出。阀门零部件存在缺陷，如铸造砂眼等，导致外泄漏。安装不合理，密封处未按照要求安装垫片或密封胶。

3.3安全阀的频跳

安全阀在正常使用中应使整定压力大于系统的正常工作压力，若出现安全阀的整定压力与设备或系统的正常工作压力太接近的情况就会导致安全阀排放压力超过允许值，使安全阀频繁起跳导致失效，长期处于这种情况将存在安全隐患，无论是对安全阀本身的机械性能还是对所在系统都会造成损坏。造成这种情况的原因是多样性的，要根据现场实际情况，安全阀位置，系统压力是否有波动，安全阀整定压力是否偏低多方面来分析。

3.4安全阀的拒跳

安全阀的拒跳不动作对系统来说危害是非常大的，甚至直接影响到了核电厂的安全运行。系统或设备的介质压力一旦超过额定值时，安全阀不动作，导致系统内压力持续上升，容易造成设备的损害和事故的产生。

安全阀不动作主要原因有以下几点：

1）安全阀整定压力过高，因此当系统内压力达到排放值时，安全阀不动作。在安全阀的长期使用过程中，一定要做好定期校验工作，确保安全阀的整定压力符合标准，避免此现象的发生。

2）运动部件卡阻，运动部件之间存在阻塞。这一现象与上述安全阀回座压力低或不回座产生的原因一致，解决方法也基本一致。

3）安全阀安装不当，调节圈位置摆放不合适，阀门垂直度不好，时阀杆组建在起跳过程中由于部件卡涩造成安全阀拒跳不动作。因此在安全阀安装期间要确保安全阀的安装质量，安装完成后进行质量验收工作，确保安全阀的可靠性，同样在后续使用过程中做好定期校验工作，防止安全阀使用期间出现故障。

3.5安全阀的颤振

安全阀在排放过程中出现的抖动现象，被称为安全阀的颤振。安全阀颤振的具体动作过程是：安全阀的阀瓣迅速异常的来回运动，在此过程中阀瓣不接触阀座。这种现象的发生极易造成金属的疲劳，设备性能的下降，密封面的泄漏和严重的设备隐患。归结起来原因如下：①阀门排放能力过大，应当选用阀门的额定排量尽可能接近设备的必须排放量。②进口管道口径太小或阻力太大，应使进口管内径不小于阀门进口通径或者减少进口管道阻力。③排放管道阻力无穷大，造成排放时过大的背压，应降低排放管道阻力。④调节圈调整不当，使回座压力过高，容器内过剩的介质排放量较少，安全阀已经回座了，应重新调整调节圈位置回座压力。⑤弹簧刚度太大，应改用刚度较小的弹簧，或采用增加阻尼器的办法减小弹簧刚度[3]。

4.结束语

本文对核电厂安全阀常见故障进行了分析，并提出了具体的解决方法，为后续核电厂安全阀的调试维修提供了参考。在实际情况中，安全阀出现故障往往不是单一因素导致，发生故障的原因是多样性的，因此需要多方面分析考虑故障发生的原因，并对安全阀的故障需要有一个系统的认知，才能在核电厂的设备安装和调试、运行过程中遇到故障时有章可循，顺利解决问题，确保系统的可靠，从而保证核电厂的安全稳定运行。

参考文献

[1]田爽，许泽伟，浅谈安全阀选型设计，化工设计，2013，3，10-12

[2]苏坤，锅炉安全阀阀门常见故障分析，企业科技与发展，2009，4，64-65

[3]孙哲，罗乔军，核电厂中安全阀的常见故障及分析，通用机械，2010，12，20-23