某核电厂下泄隔离阀关闭时间不满足要求的原因分析

某核电厂下泄隔离阀关闭时间不满足要求的原因分析

刘伟,陈玉明

中国核电工程有限公司华东分公司 浙江 海盐

摘要：文章介绍了下泄管线壳外隔离阀关闭时间超出设计值问题的发现、分析和处理过程，从下泄管线壳外隔离阀阀门结构及其供排气回路入手，分析各类可能导致下泄管线壳外隔离阀关闭时间过长的原因，并制定出针对性的解决方法，结合工程实际，最终择出最优的解决方法并加以验证，解决了下泄管线壳外隔离阀关闭时间过长的问题，同时对后续机组提出了更为合理的优化建议。

关键字：气动阀；下泄；电磁阀；减压阀；过滤器

1. 基本信息介绍

1.1 气动阀介绍

气动阀是一种以压缩空气为动力源的阀门，按进气后阀门状态分类可分为进气开气动阀和进气关气动阀，按阀门结构分类可分为气动截止阀和气动蝶阀。气动阀结构简单，可靠性高，在丧失动力源后，可自动切换至安全状态，保证管道介质的可靠隔离，因此在核电厂得到广泛应用。某些重要阀门对气动阀开关时间有严格要求，以保证在事故情况下，阀门可以迅速，以保证相关安措即时、有效地响应，缓解或消除事故的影响。

1.2下泄管线壳外隔离阀介绍

下泄隔离阀用于隔离下泄管线，防止放射性流体释放到安全壳外。RCV010VP为下泄管线壳外隔离阀，当CIA（安全壳A阶段隔离信号）触发后，RCV010VP及RCV003VP同时接收到（下泄管线壳内隔离阀）关闭信号，RCV010VP脱离开限位后，向RCV007/008/009VP（下泄孔板隔离阀）发出关闭指令，下泄管线隔离，防止放射性流体释放到安全壳外。当手动隔离下泄管线时，直接关闭RCV010VP，RCV010VP脱离开限位后，向RCV003/007/008/009VP发出关闭指令，下泄管线隔离。

由于下泄管线高温高压的特性，因此对阀门时间及动作顺序有严格要求，避免出现非预期瞬态，具体要求如下：

1）RCV007/008/009VP需要在RCV003VP关闭之前关闭，避免下泄孔板下游出现闪蒸现象：若RCV003VP先关闭，在下泄孔板的作用下，下泄孔板前后压力快速减小，突然失压的冷却剂由于温度还很高，将会出现闪蒸现象，引起管道剧烈振动和声响，给系统运行带来隐患；

2）RCV007/008/009VP需要在RCV010VP关闭之前关闭，避免下泄管线超压：若RCV010VP先关闭，RCV010VP与RCV007/008/009VP形成水实体，下泄孔板将会失去降压作用，将导致下泄孔板与RCV010VP间的这段管线超压；

3）RCV003/007/008/009/010VP启闭时间均要求小于等于15s。

RCV010VP关闭时间过长将会违反第1）、3）条规定，下泄管线自动隔离时，RCV003/010VP同时收到关闭指令开始关闭, 由于RCV010VP关闭时间过长，RCV007/008/009VP收到关闭指令的时间就会延迟，从而导致RCV003VP在RCV007/008/009VP之前关闭。

1.3某核电厂试验情况介绍

在进行RCV010VP现场验证时，发现阀门从接收到关命令到阀门脱离开限位需17s，阀门从脱离开限位到关限位触发需要11s，关闭总共用时28s，不满足关闭时间小于等于15s的设计值。

RCV010VP为气动截止阀，当阀门接受到开启指令时，此时供气管线上的电磁阀与气动阀气缸连通，气动阀气缸里的膜片在压缩空气作用下克服弹簧力带动阀杆向上运动，阀门开启，当阀门接受到关指令时，此时供气管线上的电磁阀与大气连通，气动阀气缸开始排气，随着压缩空气的排出，气动阀膜片受到压缩空气的作用力逐渐减小，最后在弹簧的回复力作用下，带动阀杆开始向下运动，直至阀门关闭。

可以看出，气动阀动作实际上是力的平衡问题，阀门全开时，弹簧拉伸，而弹簧拉伸量是固定的，因此，阀门关闭时，弹簧介入越早，阀门关闭时间越短。

1.4 RCV010VP气路介绍

RCV010VP气路流程示意：压缩空气管网→过滤器→电磁阀→气动阀气缸

1、压缩空气管网：提供压力为8bar的压缩空气，为气动阀提供驱动力；

2、过滤器：过滤压缩空气中的杂质，防止杂质进入气动阀气缸；

3、电磁阀：控制气动阀气缸的进气和排气。电磁阀得电时，压缩空气进入气动阀气缸，在压缩空气的作用下，气缸膜片带动阀杆向上运动，阀门开启；电磁阀失电时，气动阀气缸与大气连通，气缸气体排出，在弹簧回复力的作用下，阀杆开始向下运动，阀门关闭；电磁阀排气管线上设置有调节阀，可控制气动阀气缸的排气速度，从而调整阀门的关闭时间。

2. 原因分析及验证

2.1对照组试验

通过1.4中对RCV010VP气路结构的介绍可以看出，只有通过调整电磁阀排气管线上的调节阀开度，才能进行关闭时间调整，因此作了如下参考试验：

1）排气调节阀开度50%：关命令发出到阀门脱离开限位用时13.21s,脱离开限位大关限位触发用时7.88s，关闭总共用时21.09s,不满足设计要求。

2）排气调节阀开度100%：关命令发出到阀门脱离开限位用时11.89s,脱离开限位大关限位触发用时6.41s，关闭总共用时18.30s,不满足设计要求。

由上述试验数据可以看出，虽然增大排气调节阀开度可以实现减小阀门关闭时间，但最终结果依然无法满足设计要求，因而，单靠通过增大排气调节阀开度来减小阀门关闭时间还不行，还需寻找其他方法来解决这个问题。

2.2可能的原因分析

综合1.3及2.1中的数据结果，可以看出阀门不是一接受到关闭指令，就立即关闭，而是会经过很长一段时间的排气，阀杆才开始动作，因此缩短排气时间是解决问题的关键，那么就可以从“节源开流”来入手，具体包括：气缸、气压、气体排放路径和其他，分析如下：

1）阀门气缸：经查阅相关资料，相比于前序机组，本机组 RCV010VP采用双气缸设计，双气缸结构使进入气缸里的压缩空气量翻倍，确实会增加排气时间；

2）阀门供气压力：厂家文件中要求阀门的供气压力范围为4-9bar，但现场实际供气压力为8bar，且不可以调节，阀门运行范围受限。一般来说，压力越低，进气量就越少，排气时间也就越短，因此8bar的供气压力，也是导致排气时间长的原因之一。

3）气体排放路径：排气管线管径小排放阻力大，也会导致排气时间长；

4）其他：阀门填料过紧，导致阀门关闭时阻力大，也会造成关闭时间长，但经过复核阀门填料力矩，发现当前力矩值符合厂家文件要求，因此排除。

2.3拟采取的措施

根据2.2中的原因分析，制定出如下应对措施，并分析其优缺点：

1）更换阀门选型，采购和前序机组一样的单气缸气动阀

优点：气缸气量少，排气时间短；

缺点：阀门为进口阀门，采购周期长，费用高，不满足现场主线需求。

2）在供气回路上增加减压阀，实现对供气压力的调节

优点：通过调节进气压力，灵活调整阀门启闭时间，且现场易于实施；

缺点：未经验证，不一定满足要求。

3）增大排气回路管线管径

优点：可显著缩短排气时间；

缺点：需进一步验证以确定排气管径，且同属阀门供货，采购周期长，费用高，不满足现场主线需求。

     基于上述原因分析，并综合优缺考量，决定先验证第2条修改方案（增加减压装置）的可行性，因为现场有同等级的减压阀备件，便于安装及后续验证。

2.4现场验证情况介绍

减压阀安装完成后做了如下对照试验：

1、调节阀开度100%，供气压力4bar：关命令发出到阀门脱离开限位用时7.71s,脱离开限位到关限位触发用时4.09s，关闭总共用时11.8s。

2、调节阀开度100%，供气压力压力5bar：关命令发出到阀门脱离开限位用时7.8s,脱离开限位到关限位触发用时4.25s，关闭总共用时12.05s。

由此可以看出，通过减小供气压力来控制阀门关闭时间时可行的。

2.5最终方案确定

考虑对工程进度影响的最小化，最终决定采用增加减压阀的方式来解决RCV010VP关闭时间过长的问题。

3. 后续优化建议

由于考虑到现场工程进度，仅仅增加了减压阀，虽然能满足关闭时间满足设计要求，但是电磁阀排气调节阀的调节能力很有限，因此在时间充足的情况下，应考虑将电磁阀型号更换，采用排气管径更大的电磁阀，这样就能保证两种调节方式互补（调整供气压力和调节电磁阀排气调节阀开度），应用场景也更为广范。

参考文献

[1] 王琪，气动薄膜式执行机构故障分析及处理，南方农机，2019,50（3）：25-26