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        AP1000核電廠MSIV與MFIV儀控設(shè)備預(yù)防性維修優(yōu)化研究

        2021-06-04 06:22:54
        中國核電 2021年2期
        關(guān)鍵詞:核電廠閥門設(shè)備

        (國核示范電站有限責(zé)任公司,山東 榮城 264300)

        AP1000核電廠中,主蒸汽隔離閥MSIV和主給水隔離閥MFIV(簡稱“隔離閥”)均屬于FLOWSERV廠家生產(chǎn)、安全分級為B級的雙楔形閘閥。 MSIV執(zhí)行安全殼隔離、蒸發(fā)器隔離和主蒸汽管線隔離安全功能,MFIV執(zhí)行安全殼隔離、蒸發(fā)器隔離和主給水管線隔離安全功能。

        上述隔離閥設(shè)計中執(zhí)行安全相關(guān)隔離功能,通過電磁閥、液壓油和氮氣聯(lián)合執(zhí)行機構(gòu)保證閥門的快關(guān)功能,同時保證閥門正常關(guān)閉的執(zhí)行[1]。MSIV與MFIV相同安裝位置所對應(yīng)儀控設(shè)備的型號、測量范圍和功能相同。其中,液壓變送器聯(lián)鎖啟停油泵的高低設(shè)定值和氮氣壓力變送器的高報警定值存在數(shù)值差異。本文對關(guān)鍵儀控設(shè)備的更換周期和經(jīng)驗反饋進行了介紹,提出了一種隔離閥儀控設(shè)備總體預(yù)防性維修周期及項目的優(yōu)化建議。

        1 儀控設(shè)備

        表1詳細列出了單臺隔離閥上通用的儀控設(shè)備及其功能,其中微動開關(guān)和電磁閥均為兩側(cè)冗余配置,對于包含進油回路的一側(cè)稱為泵側(cè),相對一側(cè)稱為非泵側(cè)。

        表1 單臺隔離閥儀控設(shè)備功能清單

        2 更換周期

        為滿足設(shè)計規(guī)范書要求,設(shè)備廠家通過型式試驗和外推法相結(jié)合的方式得出設(shè)備在可滿足設(shè)計要求功能下的使用壽命即鑒定壽命。而設(shè)備高溫工作環(huán)境造成的設(shè)備熱老化現(xiàn)象是影響鑒定壽命的重要一環(huán)。本文結(jié)合設(shè)備廠家提供的鑒定壽命和熱老化關(guān)系,提出了一種關(guān)鍵儀控設(shè)備所適用的更換周期建議。

        2.1 電磁閥更換周期

        FLOWSERV廠家運維手冊明確為保證安全相關(guān)設(shè)備滿足IEEE-382規(guī)范對于隔離閥鑒定壽命的要求,規(guī)定10~12年完成主泄壓電磁閥和試驗電磁閥的更換工作。

        依據(jù)廠家運維手冊,若一個新備件即儲存壽命使用情況為0年,所曝露的環(huán)境平均溫度為40 ℃,那么推薦的維修或更換計劃約12年。滿功率運行期間現(xiàn)場經(jīng)多次測量取高值得出設(shè)備表面溫度約為54 ℃,未超過電磁閥的設(shè)計溫度。

        根據(jù)電氣產(chǎn)品的失效率曲線即“浴盆曲線”,大多數(shù)設(shè)備的故障率是時間的函數(shù),而失效率隨時間變化分為三個階段:早期失效期、偶然失效期和耗損失效期。經(jīng)同類型電站調(diào)研和廠家交流,10~12年的使用壽命已處于耗損失效期,即該階段的失效率隨時間的延長而急速增加,主要由磨損、疲勞、老化和耗損等原因造成。

        綜上所述,出于保守考慮采用下限10年=6.67 C(1 C=1.5年)作為與實際運行工況相匹配的鑒定壽命,即選擇6 C作為電磁閥的更換周期。

        2.2 磁接近開關(guān)更換周期

        TOPWORX廠家手冊中明確核級行程指示開關(guān)(SV7-13521型號)在48.9 ℃時的鑒定壽命為106年,最高工作溫度為260 ℃,溫度與鑒定壽命的關(guān)系如圖1所示?,F(xiàn)場開關(guān)安裝位置靠近高能管道,受到管道熱傳導(dǎo)和熱輻射的影響,滿功率運行期間現(xiàn)場經(jīng)多次測量取高值得出設(shè)備表面溫度約為82.8 ℃,通過插值法計算與實際運行工況相匹配的鑒定壽命約6.6年,保守決策更換周期為4C。

        圖1 SV7磁接近開關(guān)鑒定壽命Fig.1 Qualified life for the limit switch of SV7

        商用級的微動開關(guān)(73-145683831型號)未執(zhí)行型式試驗,設(shè)備安裝位置遠離高能高溫管道且不影響隔離閥執(zhí)行安全相關(guān)功能。

        滿功率運行期間現(xiàn)場經(jīng)多次測量取高值得出設(shè)備表面溫度約為42 ℃,屬于設(shè)備和緩工作溫度范圍內(nèi)。在大修期間,對微動開關(guān)預(yù)維工作中檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備的響應(yīng)時間有延遲趨勢。該設(shè)備的異常響應(yīng)會導(dǎo)致閥門無法遠方手動正常關(guān)閉,保守決策考慮更換周期同核級行程指示開關(guān)同為4 C。

        2.3 變送器更換周期

        如圖2變送器WEED廠家樣本中通過阿倫尼烏斯公式外推出的鑒定壽命與溫度曲線。

        在滿功率運行期間,定期測量變送器外部、內(nèi)部多個測點的溫度并取高值所得設(shè)備整體溫度約為48 ℃,通過對照下圖并配合插值法計算,得出與實際運行工況相匹配的鑒定壽命約6.5年,保守決策更換周期為4 C。

        3 經(jīng)驗反饋

        以下AP1000電站隔離閥運行經(jīng)驗反饋,均屬于儀控設(shè)備未得到有效的日常預(yù)維與定期更換所產(chǎn)生的結(jié)果,借以再次說明隔離閥儀控設(shè)備執(zhí)行合理預(yù)防性維修周期和項目的重要性。

        3.1 電磁閥漏油

        國內(nèi)某核電廠在運行模式上行期間,處于蒸汽發(fā)生器啟動給水向主給水流道切換前階段。1號SG主給水隔離閥SGS-V057 A泵側(cè)試驗電磁閥VENT口持續(xù)滲油,漏量約1~2滴/s。初步分析與預(yù)防性維修和成品保護不到位有關(guān),即未能通過有效的預(yù)維項目及時發(fā)現(xiàn)故障電磁閥內(nèi)密封組件老化跡象,且電磁閥所在房間進行管道保溫拆除和安裝期間未對VENT口進行有效成品保護。

        鑒于該電磁閥的更換將對主給水隔離閥保持開位帶來巨大挑戰(zhàn),機組運行期間屬于高風(fēng)險作業(yè),閥門的意外關(guān)閉直接導(dǎo)致停機停堆和主給水流道的不可用風(fēng)險。機組隨即暫停模式上行,通過備件更換予以處理,占用時間窗口4 h,給機組穩(wěn)定運行帶來潛在隱患。

        3.2 磁接近開關(guān)失效

        對于行程開關(guān),設(shè)計上用于隔離閥全開和全關(guān)到位的指示和反饋抑制指令的控制功能。對于微動開關(guān),設(shè)計上為防止隔離閥慢關(guān)過程中試驗電磁閥未動作到位而引起的隔離閥意外快關(guān)。當(dāng)微動開關(guān)未動作到位或失效時,控制邏輯將自動取消進行中的關(guān)閥指令并聯(lián)鎖啟動油泵,最終將閥門恢復(fù)到開位。

        國內(nèi)某核電廠大修期間,1號機主蒸汽隔離閥SGS-V040B發(fā)出關(guān)閉指令且閥門關(guān)閉到位后畫面閥門開關(guān)指示顯示品紅色即故障狀態(tài)。經(jīng)現(xiàn)場檢查,關(guān)反饋行程開關(guān)在觸發(fā)狀態(tài)下回路電阻過大,導(dǎo)致控制邏輯中的全關(guān)信號未到來。

        國內(nèi)某核電廠大修期間,2號機主給水隔離閥SGS-V057B進行開關(guān)測試工作,在閥門慢關(guān)過程中微動開關(guān)超設(shè)定時間未動作到位導(dǎo)致閥門關(guān)指令取消且電動油泵重新啟動,隔離閥重回到全開位置。經(jīng)現(xiàn)場測試,微動開關(guān)在目標(biāo)磁鐵靠近觸發(fā)距離的狀態(tài)下,回路導(dǎo)通緩慢且初始接觸電阻過大然后逐漸減小,導(dǎo)致控制邏輯中的微動開關(guān)信號未及時到來。

        上述故障均為磁接近開關(guān)老化失效的現(xiàn)象,可通過合理的預(yù)防性維修和更換來避免。

        4 總體預(yù)維周期及項目優(yōu)化建議

        對于單臺隔離閥儀控設(shè)備總體預(yù)防性維修周期及項目的制定,旨在通過經(jīng)濟合理、定期有效的預(yù)維工作,極大的降低儀控設(shè)備失效的可能,如表2所示。

        表2 單臺隔離閥1C預(yù)維項目清單

        4.1 周期1 C預(yù)維項目

        4.2 周期2 C預(yù)維項目

        考慮減少反復(fù)拆裝引起的密封材料損耗,以及保證液壓變送器聯(lián)鎖啟停油泵重要控制功能的實現(xiàn),2 C周期采取了僅對液壓變送器進行儀表校驗和通道測試的預(yù)維項目。

        表3 單臺隔離閥3 C預(yù)維項目清單

        4.3 周期4 C預(yù)維項目

        機械專業(yè)對于MSIV和MFIV解體周期定為4 C,與儀控設(shè)備的預(yù)維更換周期重疊,同步解決了現(xiàn)場由于檢修位置狹小而導(dǎo)致的維修不可達。

        表4 單臺隔離閥4 C預(yù)維項目清單

        4.4 周期6 C預(yù)維項目

        針對電磁閥的預(yù)維項目建議按照下述的先后順序執(zhí)行。

        表5 單臺隔離閥6 C預(yù)維項目清單

        5 結(jié)論

        AP1000核電廠隔離閥用于執(zhí)行主蒸汽與主給水管線隔離的安全功能,通過切斷給水供應(yīng)和蒸汽排放,防止反應(yīng)堆過度冷卻可能導(dǎo)致的堆芯意外臨界或威脅反應(yīng)堆壓力容器完整性的熱沖擊。相關(guān)儀控設(shè)備的正常工作是保障隔離閥實現(xiàn)設(shè)計安全功能的前提,需給予高度的重視。

        本文結(jié)合設(shè)備廠家提供的鑒定壽命和高溫造成的熱老化現(xiàn)象給出了儀控設(shè)備所適用的更換周期,并提出了一種AP1000隔離閥儀控設(shè)備總體預(yù)維周期和項目的優(yōu)化建議。參照本文周期性開展隔離閥儀控設(shè)備的預(yù)維項目,可在降低設(shè)備失效可能性、保障設(shè)備可靠運行的同時,有效提升預(yù)維工作的經(jīng)濟性。

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