M310核电厂下泄隔离阀故障原因分析与处理

M310核电厂下泄隔离阀故障原因分析与处理

 蹇登科  陈必新 陈国超

大亚湾核电运行管理有限责任公司；广东 深圳 518124

摘要：通过分析某核电厂下泄管线隔离阀故障的案列，给出核电厂运行人员快速判断设备故障模式及快速稳定机组的建议，对提升机组可靠运行具有十分重要的意义。

关键词：下泄；上充；瞬变；稳压器；轴封；主泵

某核电厂曾发生下泄管线隔离阀故障而导致正常下泄回路隔离，稳压器水位上升，安全壳压力缓慢上升的案列。由于下泄管线隔离，若未及时采取措施将导致稳压器水位上升，甚至导致反应堆停堆。实际运行中，随着时间推移设备逐渐老化、制造缺陷、校验、运输安装不规范，导致下泄隔离阀控制回路失去控制气源、电源，最终导致阀门关闭（安全位置），严重影响核电厂的安全可靠运行。本文针对该问题，对下泄隔离阀原理及故障原因进行分析研究，对下泄管线隔离后的瞬态进行总结，并提出改进措施。

一、下泄回路隔离阀介绍

在正常运行时，从核电厂一回路冷段引出的高温高压下泄流，经两个下泄气动隔离阀进入再生热交换器冷却，再经降压孔板降压及非再生热交换器冷却，并经过下泄控制阀降压后，进入净化单元净化后最终进入容积控制箱中。

其中上充下泄回路共同维持稳压器在整定水位值。下泄隔离阀不属于安全壳贯穿件阀门，也不接受安注信号，其接受稳压器液位“低3”信号（减少一回路水排出，以保证一回路的水装量）、下泄温度“高2”信号（防止下泄流汽蚀而产生汽锤并对管道进行冲击）时触发下泄隔离阀关闭。当由于某种原因导致下泄管线被隔离时，一回路中水无法被有效排出，此时将由于上充及轴封注水的原因导致一回路稳压器水位逐渐上升，若不及时采取措施将导致反应堆因稳压器水位高而跳堆，此时需要及时控制进入一回路水量并采用备用控制手段，投运过剩下泄管线，降低并平衡稳压器水位。

二、故障描述

该核电厂1、2号机组下泄隔离阀分别出现过故障，导致下泄管线隔离阀1、2关闭，联锁关闭孔板隔离阀，导致下泄管线隔离，同时在上充泵的作用下，此时上充管线和轴封注水管线仍正常运行，将导致一回路稳压器水位上升，其流程原理如图1所示。

图1 容积控制系统流程示意图

经检查发现该核电厂1号机下泄隔离阀贯穿件至下游该阀门控制按钮之间电缆绝缘电阻、直流电阻、该阀门在控制室的操作按钮未见异常，在大修窗口检查阀门本体及其气动头隔膜未见异常，但发现下泄隔离阀限位开关被高温损伤，导致其信号异常，后续根据该反馈对其他同类型阀门进行了普查。该核电厂2号机下泄隔离阀也曾因为气动头隔膜漏气，导致阀门失气而关闭，造成反应堆厂房压力上升，在操作员给出阀门关闭信号后，漏气消失，RX压力上升速率趋于平稳，临停检修发现其电磁阀下游供气管线漏气。

三、故障原因分析

1.设备在运输、年检、安装过程中收到外部冲击或不规范。

2.设备在长期的运行过程中出现老化、开裂、泄漏、松动。

3.设备在最初的制造过程中存在缺陷，隔膜内缩、分层、粘合度不够。

4.环境因素造成的影响，如设备长期在高温、潮湿、腐蚀、电磁等环境下工作。

四、故障处理

该核电厂1、2号机组先后两次出现过下泄隔离阀关闭的瞬态，本次就如何干预、控制风险及对机组的影响进行概括。

核电厂在运营期间，一回路的管道、容器等设备工作在高温高压以及高放射性的条件下，随运行工况的变化，其温度、压力发生变化，温度变化会造成金属材料的收缩或膨胀，由此产生的温度应力会导致热疲劳；压力变化会使金属材料产生相应的内应力，除了强度破坏外还会导致机械疲劳。这些应力变化的数量与强度，即一回路瞬态变化过程。而正常的下泄突然隔离及过剩下些的投运均属于瞬变统计的范围，因此正常和过剩下泄的投运必须有严格的速率限制，防止对一回路压力边界产生影响。

正常下泄功能失效后，稳压器水位将会持续上升，当达到2.43米后叠加P10信号导致跳堆，因此必须第一时间控制稳压器水位，及时投运过剩下泄回路，然后再找具体原因，过剩下些正常不投运，他作为正常下泄的替代手段。根据图一，此时可以手动关闭上充，同时将主泵轴封注水减小，但必须考虑对主泵的影响，需要严密监视主泵运行情况（轴振、轴偏移、温度）。某核电厂下泄隔离经验数据：若不干预，23分钟稳压器水位将达到跳堆定值；若第一时间关闭上充但不投过剩下些，59分钟稳压器水位达到跳堆值。

具体思路如下：1、投运过剩下泄冷却器的冷却水回路，并通知现场检查冷却流量正常，否者通过手动调节阀调整合格；2、对过剩下泄回路进行在线，确保回路畅通；3、缓慢开启过剩下泄流量阀，注意在15分钟内逐渐开至10%，之后每10分钟开10%至所需流量（防止热冲击导致管线断裂，形成破口）；4过剩下泄压力不可超6barg，防止下游安全阀动作（定值9.3barg）；5、确认稳压器水位不再上涨，待其下降至正常水位后平衡一回路进出流量。

五、改进措施

机组在功率运行时，为避免设备故障带来的跳机跳堆事故，需要在设备制造的源头上加以控制，同时需要提升维修手段，完善设备运行可靠性，同时提升运行应对瞬态和事故的能力，确保机组高端稳定运行。

1.与厂家保持密切沟通

根据群堆经验反馈，及时分享各核电机组实时缺陷并进行反馈自查，对于存在的设备问题及时与厂家进行确认沟通，要求其澄清技术细节和实质影响并重新完善处理工艺。同时确认和梳理同批次已被使用至机组上的设备，推动更换为合格设备。

2. 提高维修手段

针对上述下泄隔离阀分别由于限位开关受热及气缸隔膜漏气导致阀门关闭的缺陷，完善和升版维修程序，要求每次停堆检修窗口对下泄隔离阀供气部件和限位开关外观及安装后进行检查，并进行气动阀的气动头及供气管线查漏，最后进行阀门再鉴定试验进行验证。

3.提高运行瞬态干预能力

针对下泄隔离后机组偏离正常运行工况事件及时总结，收集数据、给出响应要求、形成技术报告，同时推动瞬态导则的完善和升版工作。确保下泄隔离后运行第一时间稳定住机组，为后续的故障处理争取宝贵的时间。