核电厂通风系统翻板型防火阀可靠性提升研究及实践

核电厂通风系统翻板型防火阀可靠性提升研究及实践

吴国昊 孙领兵 尹进

阳江核电有限公司（广东阳江）   529941

摘要：某核电厂核岛通风系统进行年度安全防火分区SFZ试验时HFH-B翻板型防火阀拒动导致试验不合格，机组产生非预期事件。通过拆解故障防火阀的电动执行机构，分析防火阀内部原理及、模拟试验发现根本原因为阀门执行机构扇形齿轮行程不足，将扇形齿轮行程加长后，经过2500次阀门动作试验正常，将优化防火阀安装在现场，拒动率大幅降低，防火阀可靠性得到有效提升。

关键词：核电、防火阀、拒动、扇形齿轮

0 引言

HFH-B翻板型防火阀安装于核电厂通风管道穿越防火分区的边界处，正常运行期间处于开启状态，火灾时管道内气体温度达到70℃自动关闭，将着火区域与管网隔离。安全防火分区SFZ试验是核电厂定期试验，目的是证防火阀关闭能力，保障在火灾情况下，可准确关闭对应区域的防火阀。某核电厂已多次出现HFH-B翻板型防火阀在SFZ试验中拒动故障导致定期试验不通过，存在火灾安全隐患，检查根本原因为阀门执行机构扇形齿轮行程不足，将扇形齿轮行程加长后，防火阀可靠性得到有效提升，为国内核能行业通风系统防火阀设备运行可靠性提升提供了技术参考。

1 防火阀结构简介

HFH-B翻板型防火阀结构如图1所示，主要部件为执行机构、连接法兰、阀体本身（叶片）、阀门框体。

图1：HFH-B翻板型防火阀结构图

HFH-B翻板型防火阀执行机构主要由电机、驱动弹簧、内/外感温器、电路板、手动拉环、限位开关组成，结构如图2所示，

图2 HFH-B翻板型防火阀执行机构示意图

HFH-B翻板型防火阀执行机构共三种关闭方式：内/外感温器熔断关闭；手动拉动拉环关闭；接收48V直流控制信号，电机驱动主电动齿轮带动扇形关闭齿轮，驱动V型不锈钢片带动定位轮与阀门卡槽盘凹槽脱钩，阀门关闭。

2 防火阀故障历史简介

HFH-B翻板型防火阀在某电厂共安装990台，某年度SFZ试验一次不合格防火阀为66台，不合格率6.67%，其中37台阀门故障时，执行机构内部发出哒哒响声。

3 根本原因分析

专业人员对SFZ试验不合格的防护阀解体检查、模拟验证发现防火阀电动关闭过程中，主齿轮带动扇形齿轮走完12齿行程后，此时扇形齿轮行程已到末端，V型不锈钢片只能将定位轮带到卡槽盘凹槽边缘，不能完全脱开（剩余约2mm），阀门拒动，此时电机带动主齿轮继续转动，扇形齿轮于主齿轮出现打滑现象，发出哒哒声，与现场故障现象完全一致，故障模拟示意如下图3

图3 HFH-B翻板型防火阀执行机构关闭过程示意图

4 防火阀可靠性提升策略

从扇形齿轮行程不足的原因出发，电厂委托齿轮箱体制造商做了修改后的验证样机，将扇形齿轮增加了一个齿，加大齿轮旋转运动行程，将扇形齿轮的齿数由12个增加到13个，如图4所示。

图4 防火阀扇形齿轮行程优化

经过改进后试验样机2台，型号KGS-2FHWTB，试验参数见表1。试验过程：使用2台48VDC 电源控制箱，每台电源控制箱分别连接两个电动执行器，其中电源1连接NO.①，电源2连接NO.②。电源输出电压调整为48VDC。控制箱的电压信号时间为：开启 30 秒，关闭 30 秒，即阀门每分钟完成一个启闭循环。 控制箱内置电子计数器，通过接收执行器的反馈信号记录执行器的动作次数。试验开始前测试电动执行器和防火阀的基本参数，包括叶片转动扭矩，执行器最 大（开启位置）和最小（关闭位置）输出力矩、额定电压下的开启关闭时间、反馈信号状态等。试验开始前将执行器的外壳盖板拆除，以便于随时观察执行器内部零件的动作过程和位置，并根据需要拍照留存。

表1 样机型号参数表

试验结论：防火阀和执行器样机经过 2500 个周期的启闭循环，执行器动作正常，输出信号正常，试验过程中无异常现象发生，未出现核电厂运行检修过程中的电控关闭故障现象。试验数据记录如下表2，表3。

表2  NO.①样机试验结果

表3  NO.②样机试验结果

电厂根据样机试验结果，已采购优化后13齿扇形齿轮81台安装至现场，执行SFZ试验，均正常动作，拒动率为0%，HFH-B翻板型防火阀可靠性得到显著提升，根据后续计划，5年内持续更换扇形齿轮行程优化后的HFH-B翻板型防火阀。

5 结束语

本文从某核电厂防火阀举动率高的实际情况出发，通过拆解故障防火阀的电动执行机构，分析防火阀内部原理及模拟试验发现根本原因为阀门执行机构扇形齿轮行程不足，将扇形齿轮行程加长后运用至现场，防火阀可靠性显著提升，拒动率大幅降低，为同类核电厂防火阀设备可靠性提升提供了技术参考。

参考文献

[1] 张江红 核电厂通风系统防火阀运用现状及维修优化分析 核动力工程 2018，10 39-5