核電廠運(yùn)行中的主蒸汽安全閥技術(shù)改進(jìn)

核電廠運(yùn)行中的主蒸汽安全閥技術(shù)改進(jìn)摘要：核電廠中主蒸汽系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)之一，通過(guò)利用蒸汽發(fā)生器，其能將回路產(chǎn)生的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，變成相應(yīng)的具有高溫高壓特性的蒸汽，驅(qū)動(dòng)核電廠的汽輪機(jī)組產(chǎn)生動(dòng)力，為發(fā)電機(jī)發(fā)電提供動(dòng)能。對(duì)于核電機(jī)組的運(yùn)行安全以及效率而言，主蒸汽系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行對(duì)其具有重要的影響。主蒸汽安全閥作為主蒸汽系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要在蒸發(fā)器和主蒸汽隔離閥之間的主蒸汽管道上發(fā)揮作用，為相應(yīng)設(shè)備提供超壓保護(hù)。關(guān)鍵詞：核電廠運(yùn)行；主蒸汽；安全閥技術(shù)；改進(jìn)引言核電廠主蒸汽安全閥直接保護(hù)主蒸汽系統(tǒng)的安全，閥門密封面如果出現(xiàn)明顯的蒸汽泄漏現(xiàn)象，將導(dǎo)致機(jī)組停堆，所以提高安全閥的密封可靠性尤其重要。通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)引起主蒸汽安全閥內(nèi)漏的主要原因有：安全閥使用過(guò)程中整定壓力逐漸變低、安全閥密封面逐漸變寬等。針對(duì)以上原因，探索了安全閥碟簧調(diào)整、安全閥閥芯機(jī)加工及更換、安全閥閥座研磨等方法，提高了主蒸汽安全閥的密封可靠性和長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性1主蒸汽安全閥簡(jiǎn)介核電站主蒸汽系統(tǒng)為了防止蒸汽發(fā)生器(SG)和蒸汽管線超壓，一般設(shè)置了三級(jí)防超壓裝置，用于保證二回路壓力邊界的完整性，動(dòng)作壓力從低到高依次是主蒸汽旁排閥門、大氣釋放閥及安全閥。以某核電站為例，主蒸汽旁排閥門的開(kāi)啟壓力為6.87MPa，大氣釋放閥為7.154MPa，安全閥為8.432MPa。從動(dòng)作壓力上看，主蒸汽安全閥是防止SG和蒸汽管線超壓的最后一道實(shí)體屏障。某核電站為確保主蒸汽系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，在每臺(tái)SG和對(duì)應(yīng)的蒸汽管線上設(shè)置了2臺(tái)主蒸汽安全閥，每個(gè)安全閥的排放量均為100%系統(tǒng)容量。這2臺(tái)主蒸汽安全閥分別為監(jiān)測(cè)安全閥和工作安全閥。工作安全閥為監(jiān)測(cè)安全閥的備用，當(dāng)監(jiān)測(cè)安全閥動(dòng)作后，若主蒸汽壓力仍未下降，或監(jiān)測(cè)安全閥未能正常動(dòng)作，則在主蒸汽壓力上升到工作安全閥的動(dòng)作壓力后開(kāi)啟。2主蒸汽安全閥門泄漏的原因2.1助動(dòng)式安全閥泄漏原因?qū)τ谥鷦?dòng)式主蒸汽安全閥泄漏的原因，可以使用故障樹方法，從人員、設(shè)備材料、環(huán)境等方面進(jìn)行分析。檢修人員一直都在進(jìn)行相關(guān)的檢修工作，積累了豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，并且檢修工作都是按照相應(yīng)的規(guī)程和計(jì)劃進(jìn)行，一般不會(huì)是由檢修人員操作不當(dāng)引起主蒸汽安全閥門的泄漏。對(duì)于主蒸汽系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備而言，其助動(dòng)裝置如果出現(xiàn)失效，安全閥門會(huì)受到一定的影響。閥芯組件等具有密封性質(zhì)的部件有一定缺陷或者出現(xiàn)失效情況，也會(huì)對(duì)閥門造成一定影響，而整定壓力設(shè)置不合理是導(dǎo)致助動(dòng)式閥門泄漏的根本原因。對(duì)于材料而言，使用的部件都是由原制造廠直接提供，而且也經(jīng)過(guò)完善的檢驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)安裝后進(jìn)行了相應(yīng)的復(fù)驗(yàn)，基本不會(huì)造成安全閥門的泄漏。2.1.1整定壓力低的影響閥芯密封處的密封比壓不滿足大于必需密封比壓的相關(guān)要求是導(dǎo)致閥門泄漏的直接原因，即：q1=Dm(ps—p)4b2qb(1)式中，q1是安全閥的密封面比壓力，P是設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的壓力，PS是安全閥整定壓力，Dm是密封面的平均直徑，b是密封面的寬度，qb是必需密封面比壓。介質(zhì)滲透面積的外形輪廓較為復(fù)雜，在不同的壓力和溫度條件下，密封面的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，對(duì)密封效果也具有一定的影響。若管道的整定壓力過(guò)低，在熱態(tài)運(yùn)行的情況下，助動(dòng)式主蒸汽安全閥的密封比壓比較接近必需密封比壓，容易出現(xiàn)壓力波動(dòng)的情況，造成安全閥門泄漏。隨著整定壓力的上升，安全閥門發(fā)生泄漏的概率會(huì)降低。2.1.2管道振動(dòng)產(chǎn)生的影響管道振動(dòng)是造成主蒸汽安全閥泄漏的重要原因。管道振動(dòng)來(lái)源于主蒸汽系統(tǒng)中的隔離閥，隔離閥的縮頸率過(guò)大，容易導(dǎo)致過(guò)度節(jié)流，介質(zhì)在通過(guò)時(shí)流速會(huì)加快，與下游的速度較慢的介質(zhì)發(fā)生剪切作用，出現(xiàn)湍流噪聲。管道的振動(dòng)會(huì)造成相關(guān)安全閥門振動(dòng)，如果管道出現(xiàn)長(zhǎng)期的振動(dòng)而得不到及時(shí)的處理，會(huì)導(dǎo)致密封面狀態(tài)不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)損傷，最終造成閥門泄漏。與整定壓力低相比，管道振動(dòng)不是造成主蒸汽安全閥門泄漏的根本原因，而是其促成因素。2.2機(jī)械式主蒸汽安全閥泄漏的原因按照與助動(dòng)式主蒸汽安全閥類似的研究方法，對(duì)機(jī)械式主蒸汽安全閥的泄漏原因進(jìn)行分析。同樣，一般不會(huì)由檢修人員操作不當(dāng)引起主蒸汽安全閥門的泄漏。對(duì)于機(jī)械式主蒸汽系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備而言，彈簧部件都是經(jīng)過(guò)壓力整定并確認(rèn)能夠滿足設(shè)計(jì)的相關(guān)要求才會(huì)被應(yīng)用，所以不會(huì)造成安全閥門泄漏。主蒸汽系統(tǒng)中介質(zhì)溫度高、壓力大的情況會(huì)對(duì)密封造成一定的影響，但不會(huì)造成閥門泄露。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，機(jī)械式主蒸汽安全閥的密封比壓遠(yuǎn)高于必需密封比壓，造成安全閥門泄漏的原因不是整定壓力。而機(jī)械式主蒸汽管道發(fā)生振動(dòng)，會(huì)引起安全閥部件振動(dòng)，長(zhǎng)期的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致密封面處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，甚至?xí)霈F(xiàn)損傷的情況，最后導(dǎo)致主蒸汽安全閥在系統(tǒng)壓力高位波動(dòng)的工況下發(fā)生泄漏。3核電廠運(yùn)行中的主蒸汽安全閥技術(shù)改進(jìn)3.1采用彈簧式加載式安全閥從法國(guó)核電站得到的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，助動(dòng)裝置和配套控制柜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較差，其由個(gè)別元器件故障引起的這套裝置的意外動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致安全閥誤開(kāi)啟，這是工藝性的，可能會(huì)導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器失控排放，從而引起反應(yīng)堆停堆和過(guò)冷。因此取消了助動(dòng)裝置和配套控制柜，改為采用彈簧加載式安全閥，從而避免了電氣元器件故障引起安全閥誤開(kāi)啟從而導(dǎo)致反應(yīng)堆停堆和過(guò)冷的事故發(fā)生。3.2改進(jìn)安全閥閥芯組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)于參考電站的設(shè)計(jì)，此次某核電廠設(shè)計(jì)使用的閥芯組件有較大改進(jìn)，主要包括兩個(gè)方面：一是，閥桿與閥芯的聯(lián)結(jié)以及作用點(diǎn)的變化。參考電站設(shè)計(jì)中閥桿端部帶有螺紋與閥芯上部組件聯(lián)結(jié)，閥桿與閥芯不直接聯(lián)結(jié)，閥芯由銷固定在反沖盤上，閥桿端部的作用點(diǎn)位置處在噴嘴密封面以上。某核電廠的主蒸汽安全閥閥芯和閥桿的聯(lián)結(jié)為'卡套”式聯(lián)結(jié)，在裝配狀態(tài)下，閥芯可以水平自由轉(zhuǎn)動(dòng)并允許有一定的傾斜；閥桿端部為半球狀，閥芯內(nèi)腔與閥桿接觸面為內(nèi)球面，其觸點(diǎn)低于噴嘴密封面。這種設(shè)計(jì)有利于閥芯自動(dòng)找正，可以保證閥桿的軸線與噴嘴環(huán)的中心線重合，確保密封面各方向的密封力均衡，有效降低蒸汽管道振動(dòng)對(duì)安全閥的損傷。二是，閥芯機(jī)構(gòu)和密封形式的變化。參考電站安全閥閥芯與噴嘴環(huán)的密封是“平面密封”，在閥門頻繁動(dòng)作和管道振動(dòng)較大時(shí)，密封面容易損傷導(dǎo)致泄漏。某核電廠的主蒸汽安全閥閥芯與噴嘴接觸部分為金屬?gòu)椥悦芊饷?，金屬?gòu)椥悦芊饷骐S著管道壓力和溫度的變化而變化，在達(dá)到閥門開(kāi)啟前最大密封壓力前密封面始終保持“線密封”的形式，密封性能更好。應(yīng)用這種新結(jié)構(gòu)后，閥門開(kāi)啟前的密封壓力可以達(dá)到整定值的96%，大大降低由于系統(tǒng)壓力波動(dòng)引起的閥門泄漏。在系統(tǒng)壓力遠(yuǎn)低于整定壓力的96%時(shí)，閥芯與噴嘴為線密封，密封線在閥芯的外沿；當(dāng)系統(tǒng)壓力極其接近或等于整定壓力的96%時(shí)，閥芯在壓力的作用下膨脹，此時(shí)與噴嘴為面接觸；當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)整定壓力的96%直到閥門開(kāi)啟階段，閥芯在壓力的作用下繼續(xù)膨脹，此時(shí)與噴嘴的接觸又變成線密封，但密封線改成閥芯的內(nèi)沿了；當(dāng)閥門開(kāi)啟后，由于壓力泄放，閥芯又恢復(fù)正常狀態(tài)。結(jié)語(yǔ)：助動(dòng)式主蒸汽安全閥出現(xiàn)泄漏情況的根本原因是整定壓力設(shè)置較低，而機(jī)械式主蒸汽安全閥出現(xiàn)泄漏的主要原因是管道振動(dòng)。采用合適的改進(jìn)方案，能夠改善主蒸汽安全閥的可靠性，提升核電機(jī)組的整體穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn)朱鋼梁，楊宇