田亮

中核核電運(yùn)行管理有限公司維修二處 浙江嘉興 314000

1 安全殼通風(fēng)隔離閥功能及國(guó)產(chǎn)化設(shè)備概述

在反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)，EBA系統(tǒng)為直流式通風(fēng)系統(tǒng)，將反應(yīng)堆內(nèi)排出的空氣通過核輔助廠房空氣凈化系統(tǒng)凈化后，排至核輔助廠房屋面，后通過電廠煙囪排向大氣。整個(gè)EBA系統(tǒng)包含八個(gè)質(zhì)保等級(jí)為Q1級(jí)、核安全等級(jí)為2級(jí)的安全殼隔離閥，這也是壓水堆核電站通風(fēng)系統(tǒng)中，質(zhì)保等級(jí)最高的閥門。4個(gè)隔離閥位于反應(yīng)堆廠房+11.5米，4個(gè)隔離閥位于連接廠房+10.0米及+13.15米層。這八個(gè)隔離閥用來保證發(fā)生LOCA事故時(shí)，安全殼的密封性。

隔離閥密封采用三偏心結(jié)構(gòu)，保證密封圈只是在關(guān)閉位置時(shí)才與閥座接觸，不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)摩擦和磨損，即具有開啟時(shí)能瞬間脫開，關(guān)閉時(shí)具有越關(guān)越緊即磨損補(bǔ)償功能。又能確保密封面周向接觸的均勻一致性。關(guān)閉時(shí)密封圈漸漸切入閥座密封面，能自動(dòng)清除密封面上的雜質(zhì)。

閥門結(jié)構(gòu)形式及工作原理：閥體為靜止部件，蝶板通過花鍵與閥軸固定鏈接，閥軸和驅(qū)動(dòng)裝置之間用花鍵連接，閥軸上下兩端用軸承支撐。閥門動(dòng)作時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置上的手輪，可使閥板達(dá)到啟閉的目的。手輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為關(guān)閉，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為開啟。驅(qū)動(dòng)裝置主要由渦輪蝸桿、軸，齒桿、撥叉、彈簧缸等組成。

圖1 結(jié)構(gòu)圖

2 國(guó)產(chǎn)化設(shè)備運(yùn)行情況及缺陷檢修

方家山EBA系統(tǒng)安全殼通風(fēng)隔離閥自調(diào)試運(yùn)行至今已經(jīng)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的調(diào)試準(zhǔn)備階段和2個(gè)燃料循環(huán)。在此期間閥門的可靠性得到充分的考驗(yàn)。閥門順利的通過了設(shè)備調(diào)試移交以及兩次大修的密封性能試驗(yàn)。

期間設(shè)備出現(xiàn)的缺陷情況：

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉力下降：

方家山1#機(jī)組102大修后期機(jī)組進(jìn)行裝料后通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉試驗(yàn)時(shí)1EBA001VA發(fā)生了執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉力下降的情況。在機(jī)組裝料后進(jìn)行通風(fēng)隔離閥開關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中發(fā)生了EBA001VA閥門卡澀，風(fēng)閥無法動(dòng)作。關(guān)閉試驗(yàn)被迫中止。

（2）閥門關(guān)閉后密封性能未達(dá)到要求：

方家山2#機(jī)組202大修期間進(jìn)行EBA閥門密封試驗(yàn)時(shí)2EBA014/015/016VA三臺(tái)閥門均出現(xiàn)了自動(dòng)關(guān)閉后密封性能未達(dá)到要求的情況。

綜上述在方家山EBA通風(fēng)隔離閥遇到的檢修缺陷大致可以總結(jié)如下：

表1 驅(qū)動(dòng)裝置故障表

表2 驅(qū)動(dòng)裝置故障處理方法表

3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉力下降的原因分析

由于EBA系統(tǒng)通風(fēng)隔離閥屬于自動(dòng)關(guān)閉閥門，關(guān)閉力完全由彈簧的回彈力來提供。通風(fēng)隔離閥關(guān)閉力下降甚至導(dǎo)致開關(guān)卡澀故障是此類閥門常見的故障之一，造成此原因有很多，從閥體到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各個(gè)滑動(dòng)副都有可能導(dǎo)致閥門開啟或關(guān)閉故障。針對(duì)通風(fēng)隔離閥的結(jié)構(gòu)特性和缺陷表現(xiàn)，收集了各類數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)信息，展開了仔細(xì)的討論分析，對(duì)各種可能導(dǎo)致此閥門關(guān)閉力下降的原因進(jìn)行一一分析，通過分析排除了部分因素，并對(duì)主要原因進(jìn)行驗(yàn)證和處理。

3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈簧力不足

安全殼通風(fēng)隔離閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于彈簧自動(dòng)關(guān)閉方式，在電磁離合器通電后可通過手輪將閥門手搖至開啟狀態(tài)。在未安裝限位裝置時(shí)當(dāng)閥門被打開后對(duì)電磁離合器失電，閥門通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)被壓縮彈簧力釋放將閥門關(guān)閉。

閥門電磁離合器失電后，依靠彈簧的作用力將閥門關(guān)閉，如在關(guān)閉過程中彈簧提供的作用力不足以克服閥門總的摩擦力和碟閥閥板密封面的剪切力，那么閥門就會(huì)無法正常關(guān)閉。在閥門開啟狀態(tài)下，彈簧的壓縮量是隨著閥門開度而增大最大的，如此時(shí)彈簧作用力不足，一方面可能是因?yàn)閺椈墒艿降膲嚎s不足（可以理解為閥門開度過小）；另一方面彈簧損壞或者彈性系數(shù)下降。

由于該通風(fēng)隔離閥采用了多組不同的彈簧組合所以單一彈簧系數(shù)下降并非直接影響閥門的戲能，閥門在開啟過程中嚴(yán)格按照試驗(yàn)規(guī)程不會(huì)發(fā)生低開度情況下的關(guān)閉情況故此情況可能性不高。（沒檢測(cè)證據(jù)來證明是執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧力不足，只是可能的原因）

3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)異物阻礙

圖2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部區(qū)域標(biāo)示圖

根據(jù)上圖所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部除彈簧腔末端有一個(gè)方便彈簧壓縮后空間變化而設(shè)計(jì)的排氣孔整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部為封閉狀態(tài)，而內(nèi)部的異物貢獻(xiàn)來源主要來自齒輪磨損后產(chǎn)生的雜質(zhì)。經(jīng)過幾次的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的預(yù)防性維護(hù)，磨損下來的為粉末，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的齒輪均采用寬型的齒輪結(jié)構(gòu)故因異物導(dǎo)致的執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉力下降可能性不高。（最好能指出異物在哪個(gè)位置，具體卡在哪了）

3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)摩擦副發(fā)生磨損

該閥的摩擦副只要是執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒軸之間的幾個(gè)支撐套，均屬于銅材質(zhì)，起到一定的支撐和耐磨的作用。而這樣的摩擦副由下圖紅圈標(biāo)注。

圖3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)摩擦副位置標(biāo)示圖

摩擦副雖然一定程度上起到了耐磨的作用但并非絕對(duì)的可靠，在國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用的過程中，摩擦副也發(fā)生過和傳動(dòng)軸出現(xiàn)磨損和咬死得情況發(fā)生。2016年9月在進(jìn)行安全殼通風(fēng)隔離閥閥常規(guī)開關(guān)試驗(yàn)的過程中，經(jīng)過幾次閥門手動(dòng)開啟后自動(dòng)關(guān)閉的過程中發(fā)現(xiàn)隨著次數(shù)的增多，閥門自動(dòng)關(guān)閉后距離全關(guān)的完成度逐步下降，從自動(dòng)關(guān)閉后閥門還有5%的開度漸漸增大至閥門離合器斷開后閥門無反應(yīng)的情況（完全咬死）。這種情況說明彈簧克服壓縮后釋放的彈簧力被摩擦副提供的摩擦力完全抵消?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施人員經(jīng)過解體檢查后發(fā)現(xiàn)安裝有電磁離合器的傳動(dòng)軸上有一處非常明顯的刮傷痕跡并且導(dǎo)致包覆的銅套出現(xiàn)了嚴(yán)重的拉絲情況具體見下圖：

圖4 傳動(dòng)軸預(yù)裝示意圖

圖5 磨損位置

圖6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)磨損摩擦副標(biāo)示圖

紅圈部分的摩擦副正好是處于該傳動(dòng)軸的中部支撐部分，由于嚴(yán)重的磨損徹底的破壞了彈簧力的釋放。因此我們也收集了方家山機(jī)組2臺(tái)機(jī)組的16臺(tái)通風(fēng)隔離閥關(guān)于摩擦副的維修頻度，1其中在方家山調(diào)試和運(yùn)行期間該情況屬于首次發(fā)生，而在該設(shè)備的其他電站應(yīng)用上也出現(xiàn)過類似的偶發(fā)情況。因此我們?cè)诤罄m(xù)的設(shè)備維護(hù)上專門針對(duì)此類問題追加的各閥門的執(zhí)行結(jié)構(gòu)摩擦副的檢查，從根源上減少該情況的出現(xiàn)。

4 閥門關(guān)閉后密封性能未達(dá)到要求分析

這里分析的閥門關(guān)閉后密封性能未達(dá)到要求其中排除了上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉力下降的所有因素，從主閥體的結(jié)構(gòu)來分析。因隔離閥密封采用三偏心結(jié)構(gòu)，保證密封圈只是在關(guān)閉位置時(shí)才與閥座接觸，不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)摩擦和磨損，即具有開啟時(shí)能瞬間脫開，關(guān)閉時(shí)具有越關(guān)越緊即磨損補(bǔ)償功能。又能確保密封面周向接觸的均勻一致性。關(guān)閉時(shí)密封圈漸漸切入閥座密封面，能自動(dòng)清除密封面上的雜質(zhì)。在日常檢修和試驗(yàn)調(diào)試過程中，閥門關(guān)閉密封性能未達(dá)到要求的情況也時(shí)常發(fā)生，總體情況總結(jié)如下：

4.1 閥軸轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活：

由于閥主軸連接了碟板是通風(fēng)隔離閥的核心轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，通過閥門的閥體構(gòu)造可以發(fā)現(xiàn)影響主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，有兩個(gè)非常重要的部分：1、上部的密封套和O型圈組合；2、下部支撐用對(duì)開圓環(huán)和減摩擦調(diào)整墊。其中2甚至可以協(xié)助調(diào)整密封墊圈上下部接觸位置。但是但與由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封性完整，閥門轉(zhuǎn)動(dòng)范圍＜90°所以1和2的部分很少會(huì)出現(xiàn)損壞的情況，

圖7 通風(fēng)隔離閥影響主軸的重要部分標(biāo)示圖

4.2 密封面泄漏

密封泄漏的情況其實(shí)在閥門開關(guān)后或者檢修過程中經(jīng)常會(huì)遇到的一種情況。首先在總結(jié)密封面泄漏前我先將執(zhí)行機(jī)構(gòu)給出的關(guān)閉力大于閥門密封的最小關(guān)閉力這個(gè)條件固定來分析。

碟板墊片無法達(dá)到密封要求：

隔離閥在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，閥座密封面與密封圈的外錐面接觸形成密封副，閥門的驅(qū)動(dòng)裝置輸出扭矩，使密封副之間形成一定的密封比壓，從而實(shí)現(xiàn)閥門的密封。在關(guān)閉位置，隨著介質(zhì)壓力的升高，密封副的比壓也相應(yīng)升高，從而保證了閥門的密封性。密封接觸面相對(duì)較寬，對(duì)介質(zhì)中的雜質(zhì)敏感度不高。密封圈由多層次不銹鋼片與墊片層疊構(gòu)成，密封副形成迷宮式的密封，確保閥門實(shí)現(xiàn)氣泡級(jí)密封。如下圖8密封副結(jié)構(gòu)以及圖9密封副擠壓原理。

將密封圈安裝完成后需要通過上圖的壓圈提供一個(gè)壓力，這個(gè)壓力實(shí)際是可調(diào)節(jié)的，當(dāng)壓圈擠壓后密封圈，將間隔中的石墨材質(zhì)擠壓出來，而這些擠壓出來的石墨就是閥門提供密封效果的重要部分，而這些石墨間隔的不銹鋼片提供了定向的加壓方向同時(shí)也保持了一定的強(qiáng)度，每層石墨逐層的提供了密封比壓最終達(dá)到大口徑閥門密封的要求。

圖8 密封副結(jié)構(gòu)

圖9 密封副擠壓原理

綜合墊片和壓板的特點(diǎn)，密封面泄露的原因由如下幾個(gè)因素影響：

（1）壓圈安裝不平無法達(dá)到均勻作用在墊片上：因?yàn)閴喝Φ陌惭b問題沒有和碟板同心導(dǎo)致墊片未受到正確的壓緊方向，導(dǎo)致墊片石墨未發(fā)揮作用。

（2）墊片內(nèi)環(huán)由于安裝過程中未與碟板突臺(tái)完全貼合導(dǎo)致墊片裝歪最終關(guān)閉后留有角度無法形成密封面。

（3）壓板和密封墊片都安裝正確并與碟板同心，但密封面處仍有泄漏，那么這種情況跟閥門裝配有直接關(guān)系。

由圖10所示閥門在關(guān)閉時(shí)其實(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還提供了壓緊密封的力。這部分有彈簧伸展到底后還有部分的彈簧力沒有釋放。而這部分的壓緊力每個(gè)閥門裝配后都有偏差，但如果過大閥板會(huì)導(dǎo)致一個(gè)很小的翻轉(zhuǎn)角度。這個(gè)角度會(huì)直接影響墊片和閥座的密封角度。所以在閥板和墊片之間還有一個(gè)墊片這個(gè)墊片就是來最終調(diào)整墊片在碟板上存在一個(gè)角度來更好的補(bǔ)償墊片和閥座。

圖10 壓緊密封力方向示意圖

4.3 其它原因

（1）閥座密封面裂紋損壞。閥座密封面損壞，一般分貫穿材質(zhì)裂紋損傷或者是劃痕凹陷損壞。最終可以通過閥座更換或者機(jī)修修復(fù)的方式來解決。

（2）密封面有雜質(zhì)。閥門的運(yùn)行過程中閥門密封面會(huì)積累灰塵或者金屬微粒這些在閥門快速關(guān)閉過程中造成二次傷害或者直接影響密封效果。

5 設(shè)備檢修實(shí)踐改進(jìn)

隨著通風(fēng)隔離閥的使用和檢修的持續(xù)進(jìn)行，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)對(duì)閥門故障的判斷方式也日漸成熟，通過對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門主體兩個(gè)部分單元，進(jìn)行逐個(gè)分析排除非故障單元后再根據(jù)故障部分進(jìn)行篩查的方式快速的鎖定故障原因。在積累檢修經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)參與和閥門廠家對(duì)閥門設(shè)計(jì)上的部分進(jìn)行優(yōu)化，為國(guó)產(chǎn)化閥門的應(yīng)用與改進(jìn)提供了大量的維修經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用基礎(chǔ)。其中有部分改進(jìn)還得到了廠家的任何并得到了同類型電廠的應(yīng)用。

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈簧腔泄壓螺帽放氣孔擴(kuò)大：在檢修過程中發(fā)現(xiàn)在閥門關(guān)閉過程中彈簧腔在手動(dòng)打開后彈簧腔會(huì)在泄壓螺栓部分產(chǎn)生一個(gè)比較大的空腔，但在快速關(guān)閉的過程中放氣螺栓會(huì)產(chǎn)生類似高壓容器放氣的聲音，這個(gè)空氣壓縮的過程會(huì)抵消部分彈簧伸展后釋放出來的彈簧力。根據(jù)和廠家的溝通我們將泄壓螺栓的放氣孔進(jìn)行擴(kuò)孔，減少了放氣聲的同時(shí)也較少了彈簧回彈是克服的壓縮空氣的力。修改放氣螺栓圖11所示：

圖11 泄壓螺栓位置示意圖

（2）避免閥門失電情況下閥門突然關(guān)閉對(duì)維修人員造成二次傷害：

由于閥門的關(guān)閉為失電自動(dòng)關(guān)閉并且關(guān)閉時(shí)速度快剪切力強(qiáng)。根據(jù)這個(gè)實(shí)際情況，由于電站檢修期間很多工作需要同時(shí)進(jìn)行，為了避免突然停電或者操作過力矩而導(dǎo)致的閥門突然關(guān)閉。維修人員設(shè)計(jì)了兩套閥門閥位的保護(hù)裝置，既有利于閥門狀態(tài)在特殊情況下的保持又避免了維修人員在斷電情況下造成設(shè)備的二次傷害。設(shè)計(jì)工具如下圖12：

圖12 頂針保護(hù)裝置安裝位置示意圖

在紅色部分：為設(shè)計(jì)的雙向頂針，此工具有兩個(gè)用途：

（1）將閥門鎖定在特殊狀態(tài)下避免閥門誤動(dòng)作；

（2）當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要解體時(shí)，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)鎖定執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置，以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置保留閥門關(guān)閉后的一定關(guān)閉力避免組裝后對(duì)關(guān)閉力的二次調(diào)整。

6 結(jié)語(yǔ)

在核電站運(yùn)行期間，安全殼隔離閥國(guó)產(chǎn)化后經(jīng)受著時(shí)間的考驗(yàn)，故障的表現(xiàn)形式各異，如何抓住重點(diǎn)，找出故障的根本原因，是解決問題的關(guān)鍵。在方家山安全殼通風(fēng)隔離閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉力下降的故障處理中，維修人員從設(shè)備機(jī)構(gòu)原理和故障表征出發(fā)，憑借檢修經(jīng)驗(yàn)，在多項(xiàng)復(fù)雜的故障原因中歸納出可能導(dǎo)致此閥門關(guān)閉力下降的主要因素逐一排除，找到了偶發(fā)故障的根源，最終通過檢修實(shí)踐得以證實(shí)。

在閥門關(guān)閉后密封性能未達(dá)到要求的故障中，維修人員羅列了所有可能導(dǎo)致墊片密封失效的多種原因，并將此類問題發(fā)生的可能性也進(jìn)行的逐個(gè)羅列，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢修的經(jīng)驗(yàn)分析了各個(gè)故障的誘因和如何處理的方式。雖然上述故障已經(jīng)覆蓋了絕大部分的檢修故障，但維修人員并不滿足于此，積極的參與到了國(guó)產(chǎn)化實(shí)踐和改進(jìn)的工作中去。積極參與閥門設(shè)計(jì)優(yōu)化諫言獻(xiàn)策，并通過自身智慧設(shè)計(jì)的工具優(yōu)化了檢修步驟，防控了安全風(fēng)險(xiǎn)。