大气释放阀检修要点及质量控制方法探究

大气释放阀检修要点及质量控制方法探究

燕翔

海南核电有限公司设备管理处，海南 昌江 572733

摘要：大气释放阀是核电机组二回路重要的压力调节装置，二回路压力稳定时应保持可靠的密封性，当二回路压力高时阀门开启将蒸汽排向大气以释放二回路压力，从而有效保持二回路压力稳定。大气释放阀具有结构相对复杂、零部件装配精度要求高、检修工艺多样化的特点，加强大气释放阀检修过程质量控制工作可有效降低其运行期间内漏概率，提升设备可靠性，降低非计划停机风险并加大机组出力。本文通过对大气释放阀内漏缺陷机械原因进行分析，识别解体检修过程关键点和难点，并对检修质量控制方法进行探究，提高检修过程关键步骤检修质量，提升设备可靠性。

关键词：大气释放阀 检修要点 质量控制

引言

核电厂操纵员通过远程控制大气释放阀开度实现二回路压力调节，大气释放阀应具有可靠的密封性能和良好的调节性能。国内某核电机组大修期间，对大气释放阀全面解体检查，机组启机后不久，大气释放阀下游消音器出现持续“飘汽”现象，再次大修时对其进行全面解体检查，发现阀芯部分零部件存在不同程度损伤。本文通过分析大气释放阀内漏“飘汽”问题的机械缺陷原因，研究检修要点及质量控制方法，提高检修质量，提升设备可靠性。

1 大气释放阀结构及动作原理

图1 大气释放阀结构图

Figure 1: Valve Drawing

大气释放阀是气动平衡式调节阀，前后设计压差为8.5MPa，泄漏等级V级，主要由阀体、阀内件、填料组件、气动执行机构和仪控附件组成。其中阀内件包含导阀、主阀、阀笼等部件，气动执行机构包含隔膜、弹簧、气动推杆、联轴器等部件，仪控附件包含电/气转换器、电磁阀、流量放大器、过滤减压阀、定位器等部件。

大气释放阀主阀内设计有一个先导阀，通过先导阀施加或释放主阀上部来自阀门入口的介质压力，可以使大气释放阀具有良好密封性能，同时使大气释放阀顺利开启。当阀门开启时，在执行机构隔膜气压和先导阀弹簧的作用下，先导阀首先离开阀座，通过主阀的平衡孔将作用在主阀顶部入口的介质压力释放到阀门出口，此时先导阀处于开启位置，但主阀仍在弹簧作用下保持关闭。随着气动头膜片的压力增大，先导阀位置继续提升，最终带动主阀离开阀座，大气释放阀开启。当阀门关闭时，由于先导阀顶部的截面积较大，上部压力作用于此截面可产生较大的密封力，确保阀芯回座密封力充足。

2 大气释放阀内漏原因分析

大气释放阀内漏主要原因分为机械故障和仪控附件故障两大类，其中机械故障导致内漏的原因主要有阀内件损伤、阀笼偏斜、阀杆动作不畅和执行机构故障。大气释放阀内漏原因鱼骨图如图2所示。

图2 大气释放阀内漏原因分析图

Figure 2 Analysis of the Leakage of the Air Release Valve Diagram

2.1 阀内件损伤导致内漏

以国内某电厂204大修2GCT132VV全面解体检查为例，阀内件密封面损伤情况统计如表1所示：

表1 国内某电厂2GCT132VV阀内件缺陷统计

Table 1 2GCT132VV Air Release Valve Defects Table

密封面缺陷情况如图3所示：

图3 国内某电厂2GCT132VV阀内件损伤图

Figure 3 2GCT132VV Air Release Valve Defect Pictures

导致此次内漏的直接原因是阀内件密封面损伤。因阀门前后压差约为7MPa，导阀微启的一瞬间流体从高压环境释放到低压环境会形成很强的流体喷束，对导阀芯和阀座密封面造成气蚀损伤。同样的气蚀损伤也存在于主阀开启的一瞬间。阀门频繁开启和关闭后，密封面容易形成气蚀点坑和沟壑，导致阀门内漏。阀内件密封面间出现异物也会导致阀门关闭后挤压形成损伤，造成内漏。而损伤点坑或沟壑在蒸汽的长期作用下，还可能导致损伤扩大。

2.2 阀笼偏斜导致内漏

阀笼是主阀重要的导向装置，阀笼偏斜会直接导致主阀不完全回座，从而内漏。流体持续冲蚀阀体导致阀体损伤，则可能导致阀笼安装偏斜。同时，阀盖螺栓力矩值不均导致阀笼安装偏斜从而泄漏的情况在法国某电厂曾有发生。

图4 阀笼安装示意图

Figure 4 Cage Structure Diagram

2.3 阀杆动作不畅导致内漏

阀杆弯曲从而阀杆动作不畅是导致阀门内漏的一种常见现象，填料的严重卡涩也会稀释气动头传导而来的阀芯回座预紧力从而发生内漏。而联轴器则是连接导阀阀杆和气动头推杆的重要部件，联轴器的变形或松脱，或未正确安装，会导致气动头弹簧无法有效传递预紧力至阀芯，从而导致阀芯泄漏。

图5 阀杆安装示意图

Figure 5 Stem Structure Diagram

2.4 执行机构故障导致内漏

大气释放阀是进气开启型气动平衡式调节阀，此类阀门气动头弹簧的作用是日常期间处于少量压缩状态，预紧力传递至阀芯确保阀门关闭。弹簧的自然老化或腐蚀、物理伤害等环境破坏会导致弹簧失效，从而释放阀芯预紧力导致阀门内漏。调整气动执行机构弹簧预紧力的是气动头限位螺钉，此螺钉的松动或调节不到位也会发生阀芯不完全落座现象。与此同时，气动执行机构推杆O型圈若发生卡涩，则会抵消一部分气动执行机构弹簧预紧力，也可能造成阀芯内漏的情况。

图6 执行机构示意图

Figure 6 Actuator Structure Diagram

3 大气释放阀检修要点及质量控制

为避免出现上文论述的内漏情况，加强大气释放阀检修质量控制，可有效降低内漏发生率。

3.1 阀内件密封面修复及蓝油试验

运行后的大气释放阀导阀芯密封面往往存在较深的点坑，主阀芯密封面往往还存在贯穿沟槽，仅使用研磨工艺无法消除，需使用机床进行机加修复。为确保加工精度，机床要求轴向和径向窜动量控制在0.02mm以内，同时进给量按照0.03mm/r进行控制，机加完毕后，去除表面毛刺，保持光洁。

3.1.1 导阀芯密封面损伤修复

对导阀芯密封面的气蚀点坑损伤进行机加修复，加工尺寸应严格控制在表2所示参数范围内。其中导阀密封面角度H7的加工精度将影响导阀回座后的密封效果，而端面高度D7的加工精度将影响导阀行程。

图7 导阀尺寸示意图

Figure 7 Schematic Diagram of Pilot Valve

表2 2GCT132VV导阀芯参数表

Table 2 2GCT132VV Pilot Valve Parameter Table

3.1.2 主阀芯密封面损伤修复

对主阀芯密封面进行车削加工，必要时再进行研磨修复。加工尺寸应严格控制在表3所示参数范围内。其中密封面角度N6、J6和宽度K6、M6及弹簧孔深度E6会影响密封效果，相对重要。

图8 主阀尺寸示意图

Figure 8 Schematic Diagram of the Main Plug

表3 2GCT132VV主阀芯参数表

Table 3 2GCT132VV Plug Parameter Table

3.1.3 阀笼密封面损伤修复

对阀笼密封面损伤进行机加修复，加工尺寸应严格控制在表4所示参数范围内，机床按照进给量0.03mm/r进行加工。密封面角度K5和密封面宽度J5同等重要。

图9 阀笼示意图

Figure 9 Schematic Diagram of the Cage

表4 2GCT132VV阀笼参数表

Table 4 2GCT132VV Cage Parameter Table

3.1.4 蓝油试验

阀内件修复完毕后，对导阀、主阀、阀笼密封面进行蓝油试验，要求蓝油密封带位于密封面中部，且连续无断带。蓝油试验时，主阀下端面提起高度应低于阀笼调节孔最高位置，以防止蓝油试验过程损伤主阀密封面。

图10 蓝油试验效果图

Figure 10 Results of Blue Test

3.2 阀内件回装过程质量控制

为降低内漏发生率，阀内件的回装过程有三个重要步骤应加强质量控制。

3.2.1 导阀弹簧检查

阀芯内有14根导阀弹簧，部分弹簧损伤可能导致导阀回座偏移，导致内漏。回装阀芯组件前，应对14根导阀弹簧逐根测量自由状态下的长度尺寸，若弹簧长度小于99.7mm，则必须更换新弹簧。

3.2.2 确认导阀行程

通过使用深度尺测量导阀芯杆端面到主阀芯底面的距离和导阀芯杆端面到托盘阶面的距离，算出差值，则为导阀行程。导阀行程须确保在5.7mm—6.92mm范围内，在6.0mm—6.6mm范围内为佳。

图11 导阀行程测量示意图

Figure 11 Schematic Diagram of the Pilot Valve Stroke Measure

3.2.3 阀笼安装水平度确认

阀笼相对主阀芯具有导向功能，阀内件回装时应确保阀笼水平安装。因气蚀可能导致阀体内部不规则损伤，将阀笼装入阀体后，应首先测量阀笼上端面至阀体上端面（中法兰垫片安装位置端面）数值，绕阀笼上端面一周，平均地选取八个点进行测量，各个点测量数值偏差应在0.2mm内，否则进行阀体检查和阀笼检查。

阀盖螺栓力矩校核也相对重要。阀盖螺栓力矩不均，可能导致阀笼定位受力不均，从而发生阀笼偏斜问题。单台阀门有12颗阀盖螺栓，回装时应确保按照法兰面螺栓紧固规则进行螺栓紧固，最终回装力矩应为644N.m±5% 。

3.3 联轴器的安装与调试

联轴器内部螺纹为两个规格，上端螺纹仅可以连接气动头推杆，下端螺纹仅可以连接导阀阀杆，故联轴器装反的现象不会发生。回装联轴器前，应检查螺纹是否完好。

联轴器的安装应重点控制气动头推杆与导阀阀杆之间的距离。

1. 测量自然状态下气动头推杆末端至气动头顶端距离为m；
2. 测量气动头进气全开状态下气动头推杆末端至气动头顶端距离为n；
3. 大气释放阀额定动作行程为S；
4. 阀芯修复回装后导阀行程测量值为k；

则联轴器回装时，气动头推杆与导阀阀杆之间距离值R的计算方法为：

R=（m-n）-（S-k）

该方法将联轴器安装公式化，方便检修工作，既能保证阀门动作行程，又能保证弹簧预紧力。

3.4 在线诊断

检修工作按要求完成导阀回装、联轴器安装、气动执行机构限位螺钉调整后，为确保大气释放阀阀芯回座预紧力正常、动作行程正常、阀体填料及气动执行机构O型圈摩擦力正常，应对大气释放阀进行在线诊断。在线诊断是有效检验大气释放阀综合动作性能的手段，直观地检验检修效果。以某电厂2GCT132VV为例，在线诊断后，可获得如下阀门动作参数：

图12 2GCT132VV在线诊断数据图

Figure 12 2GCT132VV Test Parameter Diagram

阀门开关过程中，要求动作平稳，无卡涩或振动现象，摩擦力在导阀芯开启和关闭过程中相对较大，属合理现象。阀门关闭时阀芯接触到密封面，先导阀关闭落座，阀门能够在失气状态下完全关闭，阀门开启与关闭过程整体满足要求。

4 结论

因大气释放阀日常期间机械故障形成内漏后无法在线修复，且内漏可能逐步扩大，故大修期间关注检修要点、重视质量控制就成了提升大气释放阀机械设备可靠性的有效手段。

大气释放阀常见的机械故障造成内漏的主要因素有阀内件损伤、阀笼安装偏斜、阀杆动作不畅和执行机构故障，本文以这些故障因素为切入点，详细论述了大气释放阀机械解体检查过程要点和质量控制关注点。

（1）检修要点一：使用车削加工配合研磨加工，对导阀密封面、主阀密封面、阀笼密封面进行修复，严格控制机床窜动量和车削加工进给量，确保零部件重要几何尺寸在规定值范围内，后通过蓝油检测手段，验证修复效果；

（2）检修要点二：阀内件回装过程应测量导阀弹簧长度、确认导阀回装行程、关注阀笼安装水平度，并严格按照要求锁紧阀盖螺栓力矩；

（3）检修要点三：联轴器回装前要检查内部螺纹完好度，通过R=（m-n）-（S-k）的方法正确安装联轴器，以保证阀门额定动作行程和良好的阀芯回座预紧力；

（4）检修要点四：通过在线诊断验证阀门维修效果，计算阀芯回座预紧力，检查阀门动作行程和摩擦力是否满足要求，导阀芯和主阀芯是否落座良好。

通过对大气释放阀内漏原因分析并精细化检修过程关键步骤，加强关键步骤的质量控制力度，结果表明，可以有效降低大气释放阀运行中内漏发生率。通过对检修工艺的不断探究和优化，可有效提升SPV设备检修质量，提升设备运行中可靠性。同时减少纠正性维修工单数量，节约昂贵的进口备件使用量，降本增效。

参考文献

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[4] 何强,胡斌. Valvelink诊断软件应用探讨[J]. 云南化工,2011:61-63.

The Key Points and Quality Control Methods of the Air Release Valve Maintenance

Yan Xiang

（Hainan Nuclear Power Co., Ltd. The Equipment Management Department Changjiang City, Hainan Province）

Abstract: the air release valve is an important pressure regulating device for the secondary circuit of nuclear power unit. When the secondary circuit pressure is stable, it should maintain reliable sealing. When the secondary circuit pressure is high, the valve opens and discharges the steam to the atmosphere to release the secondary circuit pressure, so as to effectively maintain the stability of the secondary circuit pressure. The air release valve has the characteristics of relatively complex structure, high assembly accuracy requirements of parts and persified maintenance process. Strengthening the quality control of the maintenance process of the air release valve can effectively reduce the internal leakage probability during its operation, improve the reliability of the equipment, reduce the risk of unplanned shutdown and increase the output of the unit. This paper analyzes the mechanical causes of the internal leakage defects of the atmospheric release valve, identifies the key points and difficulties in the disassembly and maintenance process, and explores the maintenance quality control methods, so as to improve the maintenance quality of the key steps in the maintenance process and improve the reliability of the equipment.

Key words: Air Release Valve, Maintenance Key Points, Quality Control