核电厂循环水系统静压启闭钢闸门密封研究

核电厂循环水系统静压启闭钢闸门密封研究

张键

山东核电有限公司 山东烟台 265100

摘要：本文对核电厂循环水系统取水口常用的静压启闭式钢闸门的形式、基本结构进行系统介绍，重点论述潜孔式液压平面钢闸门的工作过程、密封原理等，并结合电厂工作实践，梳理分析循环水系统钢闸门密封不严、泄漏量大的几类常见原因，并给出相应的解决方案。

关键词：工作过程；密封 泄漏；处理；优化

引言

核电厂循环水系统取水口设置钢闸门的作用有二：一是电厂建造、安装期间为下游施工创造无水条件，二是在电厂换料大修期间，建立起循环水系统的主隔离，方便下游拦污栅、鼓形滤网（旋转滤网）、循环水泵等设备开展检修工作。目前，我国核电厂取水口钢闸门多为潜孔、平面式，根据前期密封建立及平衡阀启闭原理主要分为两种，一种为机械式，此类钢闸门无液压系统，钢闸门与闸门槽之间依靠导向块配合安装，平衡阀启闭通过机械式传动拉杆实现；一种为液压式，钢闸门本体设置6个液压千斤顶、2个液压平衡阀，在岸上通过液压油管远程操控千斤顶及平衡阀启闭。本文重点研究液压式钢闸门相关问题。

1 工作过程

液压式平面钢闸门建立密封的过程主要包括以下几个阶段：

①槽道清理

在核电厂建安阶段前期采用围堰挡水时，此时前池处于无水环境，下落钢闸门前人员借助脚手架或爬梯进入钢闸门槽道实施清理；若在换料大修期间，循环水流道都已进水，无法创造干式条件，此时需派遣潜水员进入闸门孔口执行槽道清理工作。此步骤的目的是清除槽道中附着的顽固海生物（主要为牡蛎、藤壶等）及槽道底部淤泥、垃圾等，保证闸门落入后密封条与密封面贴合紧密，防止泄露。

②钢闸门安装

使用前池行车，借助钢闸门专用吊具抓取闸门吊耳，将钢闸门整体吊起，落入对应的孔口中，对专用吊具水下脱钩，注意落入前应检查确认液压平衡阀处于关闭状态。

③液压系统充压

连接钢闸门液压油管与岸上的液压泵站，充油打压，使6个千斤顶在水下全部伸出，将钢闸门按压在潜孔密封面上，建立密封。

④密封解除

下游工作完成后，需取出钢闸门恢复流道进水。使用液压泵站水下开启平衡阀、收回千斤顶，待钢闸门两侧液位差＜100mm后，方可准备起吊钢闸门。

2 密封原理

液压平面式钢闸门为单向密封，按照受力形式不同其密封主要分为两道：

一道为安装在钢闸门平面侧的三条相连的止水橡皮，在前期闸门落入槽道后，主要借助液压千斤顶压紧止水橡皮防止泄露；后期闸门下游通过抽水水位大幅下降后，此时闸门主要靠两侧液位差产生的压差压紧止水橡皮建立密封。

一道为安装在钢闸门底部的一条止水橡皮，靠钢闸门的自重压紧橡皮使其与底部止水钢板贴合紧密建立密封。

3 泄漏原因分析

3.1 密封面贴合不严

导致钢闸门密封面贴合不严^【1】、泄漏量大的因素主要有两个，一是钢闸门槽道清理不彻底，密封面上存在附着的硬质海生物或者石块、碎渣等形成凸点，与止水橡皮直接形成较大空隙，此现象一般在槽道底部止水钢板上居多；另一个是钢闸门止水橡皮存在凹坑、划伤、断裂等较大缺陷，导致与闸门槽贴合不严密造成漏水。

3.2 液压系统故障

通过现场实践经验积累，液压系统故障^【2】主要包括以下几个方面：

①液压泵站液压油量不足，打压过程无法建立相应的压力；

②软质橡胶液压油管破损、千斤顶及平衡阀接头漏油，导致压力无法建立；

③千斤顶、平衡阀出现故障，打压后无法正常伸出或者伸出后不到位，导致千斤顶、平衡阀无法顶紧，在止水橡皮和平衡阀处出现较大渗漏。

3.3 钢闸门本体缺陷

此类缺陷主要包括两种：

一类是钢闸门本体存在质量缺陷，厚度、平整度严重超差，或在巨大的外力下发生较大变形，尺寸与闸门槽不匹配发生泄漏，此类缺陷一般肉眼可见，发生概率较低；

一类是腐蚀穿孔，核电厂取水口前池区域大多为露天环境，钢闸门本体长期与氯离子含量高的海水、空气等密切接触^【3】，吊装过程中磕碰易破坏表面防腐涂层，一旦碳钢材质本体暴露， 1%的露铁点腐蚀速度比周边要高 99倍^【4】，若长期不加以处理，则可能导致腐蚀穿孔，造成闸门泄漏。

3.4 闸门槽周边混凝土破坏

此类缺陷在两侧闸门槽处较少发生，大概率是由于闸门槽底部止水钢板浇灌的二次混凝土在长期水流冲刷下发生水蚀甚至垮塌导致。由于在水下，处理难度较大。

3.5 钢闸门下游存在泄漏点

若钢闸门下游存在漏点，其他流道会通过该漏点返水，同样会造成抽水水位变化缓慢、钢闸门“泄漏”的假象。此时，可暂停抽水，在落潮期观察闸门下游水位是否异常升高来判断，同时快速排查锁定下游漏点。

4 故障排查及处理

若钢闸门安装后，抽水效果不佳、水位随潮位变化而同步变化，在排除下游泄漏的可能性后，基本可以确定钢闸门存在漏点。由于钢闸门在水下，无法判断具体泄漏原因，需派遣潜水员入水排查，排查步骤如下：

①先检查液压系统，确认平衡阀关闭、千斤顶伸出到位。若发现平衡阀、千斤顶未处于预期状态，则重新打压使平衡阀、千斤顶就位；若打压无变化，则需将钢闸门取出处理液压系统故障。

②检查闸门门楣、侧边及底部止水橡皮贴合情况，使用钢板尺填塞，若钢板尺能穿过贴合面，则说明有较大缝隙。此时需将闸门取出，检查止水橡皮有无高点，并重新清理闸门槽、安装钢闸门。

③检查闸门槽周边二次混凝土状态，重点检查底部二次混凝土有无冲散、水蚀、垮塌等现象，若存在较大缺陷，则将闸门取出。对闸门区域创造无水环境重新浇灌混凝土、养护，或者采用水下浇筑快凝混凝土修复的方式。

5 使用优化

为了保证钢闸门使用过程中的可靠性，对于钢闸门的使用可进一步优化，做好日常管理维护，避免临时发生故障应急抢修。

①高质量、高标准执行钢闸门日常维护保养工作，及时对破损的防腐层进行二次处理修复，可使用可靠性高、寿命更长的热喷涂长效防腐工艺^【5】或者加装牺牲阳极块^【6】，避免闸门腐蚀穿孔。

②日常维护中，对千斤顶、平衡阀及时润滑，表面进行防腐处理，及时更换失效的液压元件。

③使用前认真检查闸门本体有无缺陷，并在岸上执行千斤顶、平衡阀打压试验，确认可自由伸缩后再执行闸门密封工作。

参考文献：

【1】夏萍.平面钢闸门失效因素分析与对策，城建/水工业通用机械，2014年第3期.

【2】曲壮.电厂循环水系统液压钢闸门常见故障诊断，山东工业技术，10. 16640/j . cnki . 37-1222/t. 2016. 06. 152.

【3】朱明星，俞庆平，朱帅堂，周杰.浅谈水工钢闸门的防腐及维修养护，治淮，2019.4.

【4】康福贵，杨士斌，王永军，沈长顺，黄辉.北方地区沿海水工钢闸门防腐应用技术研究，海河水利，2009年4月.

【5】易春龙，索双富.水工钢闸门的腐蚀原因分析与防护措施，热喷涂技术，第10卷3期.

【6】刘良，舒刘海，俞文捷.牺牲阳极阴极保护在钢闸门防腐中的应用，治淮，2018.10.

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