某型压水堆RHRS电动闸阀常见故障解决措施

        1 前言
        某型船用压水动力堆余热排出系统（危冷系统）常见的故障之一是电动闸阀卡阀和内漏故障。余热排出系统的主要功能，是在正常冷停堆时导出堆芯剩余释热和介质、设备显热；发生失水故障时对反应堆进行应急冷却的系统和进行高压安全注射（补水）和低压安全注射的注入支路之一。安装在一次侧管路上的电动闸阀，起隔离和连通余热排出系统和一回路主环路的作用。因其与主环路、反应堆连通，是高温高压系统，所以要求标准高，故障后维修更换困难、程序复杂，其后果和潜在危害非常严重，影响到反应堆的正常运行使用，甚至危及反应堆的安全。
        2 余热排出系统电动闸阀的功用及故障危害
        本型反应堆余热排出系统电动闸阀的主要功用有：①系统投入运行时，连通余热排出系统与反应堆一次侧主环路系统；②反应堆冷停堆降温降压时进行流量调节，控制降温速率；③阀体或闸板作为一次侧承压边界。
        实际运行管理中，常见余热排出系统电动闸阀的典型故障有：①电动闸阀关闭不严引起内漏；②电动闸阀卡阀，所以在开位卡阀故障为较多。电动闸阀在关位卡死使得余热排出系统不能正常运行；关闭不严及在开位卡死的潜在危害更大，在余热排出系统发生泄漏叠加故障时无法有效隔离。这种情况下不得不隔离整个主环路，这使得反应堆及一回路系统不能正常运行；并可能导致运行人员的误判、错误操作。由于其承受的高温高压及放射性介质等因素，其维修和投入运行也非常复杂；需停堆、降温降压、隔离主环路电动闸阀、切割、更换或维修、焊接后还需经过系统压力试验才能投入运行，维修周期较长。
        3 故障原因分析
        引起余热排出系统电动闸阀故障的原因，可能有以下几个方面：①电动闸阀本身质量问题，不能满足系统正常工作和特殊要求；②系统的介质中存在较大杂质阻塞阀体或者划伤闸板；③系统存在设计缺陷或运行管理人员在操作方面存在问题。具体探讨如下。
        在本型反应堆的其它系统（如安全注射系统、压力安全系统、净化系统）中也使用相同型号的电动闸阀，而没有出现同类故障，基本可以排除电动闸阀本身质量问题。而压水堆对水质的要求很高，进行定期测量，且设计有净化系统，并且余热排出系统的电动闸阀位置相对较高，较大杂质进入闸阀的可能性较小。在设计和使用方面进行分析：闸阀是截断阀，利用闸板来接通（全开）或截断（全关）管路中的介质［1］。它明确要求不允许作为截流用，使用中避免将闸板微量开启，以防高速流动的介质的冲蚀会加速密封面的损坏。闸阀的密封性能不及截止阀，许多资料明确说明不宜用作调节介质的流量和压力；如长期用于调节，密封面易被介质冲刷磨损，影响密封性能；另外闸阀的介质在高温、高压时，由于温度的变化可能使闸板锲死。
        在本系统的设计中，电动闸阀的一个功用就是在反应堆冷停堆时进行流量调节，控制降温速率。在实际运行过程中，其中一个电动闸阀正是长期处于微开状态，这就不符合电动闸阀的设计使用要求。这样的设计和使用，是造成电动阀故障的潜在原因，同时也给操作人员的运行操作带来不便。由于这种闸阀的行程短，手动调控很困难，基本依靠点动来完成；因为系统没有流量显示，更没有闸阀的行程显示和控制，运行人员只能凭经验进行手动调控，但因每次调节点动很难一次到位，至少要点动两三次，而每次冷停堆般需要调节调节三到四次以上；频繁的动作又增加的闸阀闸可板的故障几率。
        4 故障解决方案
        通过前面的分析知道，由于设计使用中错误地将电动闸用作流量调节阀，且在实际运行过程中长期处于微开状态，造成电动闸阀封闭不严和卡阀的常见故障，同时也使余热在排出过程中流量和降温速率调控变得异常复杂和困难。简单的解决办法是在系统上增加一个电动调节阀。系统的降温降压过程实质上是一种热传递和热交换的过程。降温速率的控制实际上就是对热传递速率的调节。通常可由两种途径实现：①在一次侧（高温侧）加装调节阀，通过调节高温介质流量来控制降温速率；②在二次侧（冷却介质侧）加装调节阀，对通过调节进入换热器的冷却剂的流量进行调控。这就存在是在一次侧加装电动调节阀还是二次侧加装的问题。
        在余热排出系统一次侧增设电动调节阀，其在系统运行过程长期处于微开状态，保持一定的自流传热。在降温降压过程中用来进行流量调节，实际控制降温速率。能比较有效的解决电动闸阀卡阀和关闭不严的问题。但系统的一次侧增加一个电动调节阀也带来一些不利的因素。首先，增加一个电动调阀的同时为实现有效的流量控制，将增大阀门的行程和增加减速机构，体积比较大，增加系统的复杂性的同时会占用反应堆仓的有限空间；其二因为余热排出系统一次侧介质属于高温高压、具有放射性，对电动调节阀的工艺、材料和可靠性要求非常高，不易实现；其三是维护保养困难、故障后维修性差；其四是一次侧加装电动调节阀，并没有改变对降温速率的估算方法，对于运行人员来说操作难度没有太大改善。
        在二次侧加装电动调节阀，通过控制二次侧冷却介质的流量来调控降温速率，相对来说具有诸多优点：①因其二次侧无放射性，可以设置在堆仓外部，不会占用反应堆仓有限空间，易于操作，维护和保养；②其余热排出系统的二次侧介质属于常温、低压系统，其要求标准低，调节阀应用技术成熟，易于实现；③通过二次侧进行调节，一次侧保持较大流量，系统进出口实现小温差，对系统设备安全性更有利；④其一次侧流量恒定，便于对降温速率进行估算。
        降温速率的估算原理：通过二次侧流量进行调节情况下，一次侧流量Q（t/h）保持恒定，在补水均匀和每小时补水量比较小的话，可忽略补水的制冷效果后可认为一次侧介质总量G（吨）不变，余热排出系统一次侧进出口温度T1、T2（℃），ΔT为降为速率（℃/h），其中K是一次热源介质的比热，为常量。
        根据热传递平衡：KQ（T1－T2）=KG×ΔT；
        其降温速率可估算为：ΔT=（T1－T2）×Q/G；
        验证方法：在不补水的情况下，定时测量反应堆出口温度，计算变化速率，与估算值进行比对，计算其误差。
        5 结语
        通过上述分析，可得出某型压水动力堆余热排出系统电动闸阀常见的卡阀、封闭不严的故障，是由于设计错误（将电动闸阀用作流量调节阀）和使用不当（长时间处于微开状态）造成的。针对以上问题解决方案：①在余热排出系统的二次侧加装电动或手动调节阀，通过调节控制冷却水的流量来控制降温速率；②一次侧电动闸阀则保持全开或者全关标准状态。
        参考文献：
        ［1］胡亿沩，刘欣中，李建梅.实用管工手册［M］.北京：化学工业出版社，2011.
        ［2］严春，冯昌琪.非能动余热排出系统瞬态特性分析［J］.应用科技，2009（10）：61－64.
        ［3］中国电力投资集团公司培训中心.正常余热去除系统［EB/OL］.http：//wenku.baidu.com/view187c3648bdOd233d4b14e695e.html.