主蒸汽隔离阀月度试验阀门不动作问题分析及处理

谢祖妙 余 源 王志强

(福建福清核电有限公司，福建 福清 350318)

1 概述

主蒸汽隔离阀(以下简称MSIV)安装在压水堆核电厂二回路主蒸汽系统管道上，是一个能执行5s内快速关闭的核安全功能的重要关键阀门。某核电1&2号机组的MSIV为美国Flowserve生产的一个包括了液、气、电系统的线性活塞式机构。

该阀门的液压缸上部是一个半球形的高压氮气罐，它的作用相当于一个永不失效的弹簧。液压系统设有气动油泵，高压的液压油进入液压活塞下部，克服氮气的压力，驱动活塞上行，将阀门打开。阀门关闭则是通过将液压回路泄油泄压，被压缩的高压氮气膨胀做功来完成的。

图1 MSIV逻辑控制图

2 主蒸汽隔离阀月度部分关闭试验

MSIV的月度试验为阀门部分行程(关闭10%的全行程)试验。此试验用于验证泵侧(B列)及非泵侧(A列)的主排放电磁阀(2-89和3-89)和主排放阀(2-28和3-28)可用性。

在历次主蒸汽隔离部分关闭试验中，现场出现过阀门无法回到全开限位、无法切换至慢关回路、阀门无法脱开全开限位等多种问题。现笔者依据不同情况问题，结合阀门结构原理进行探讨并处理。

3 部分关闭试验中阀门无法全开的问题

3.1 现场问题

某电厂在执行VVP-T-002(主蒸汽隔离阀部分关闭试验)时完成阀门部分关闭后进行开阀动作，气动泵工作一段时间后停止，此时阀门指示杆未触及全开限位，即阀门处于半开位置，无法全开。

3.2 故障排查及处理

(1)进油回路堵塞。由于阀门气动泵工作一段时间，且开始阶段阀门上行，表明液压油可以正常进入液压回路中。且阀门系统中的油品均是化验合格的，进油管路中不存在小孔等装置。故进油回路堵塞的可能性较小。

(2)泵本身失效。由于气动泵在前期均可正常动作，气动泵的动作、声音均顺畅，无异常。该泵没有在超工况下工作，泵本身失效可能性不大。但泵的气动活塞是否卡涩需解体才能进一步确认。

(3)无气源。由于此时压空电磁阀117后的减压阀阀后读数一直存在，即表明压空电磁阀处于开启状态，排除了无气源的情况。

(4)泵动力不足。经现场确认，重新开阀气动泵的供气压力保持在40～42psi。由于MSIV的气动泵是一种气动柱塞泵，该泵的工作原理是利用气动回路和油回路的活塞面积比差(其面积比为60∶1)来实现泵油工作。

根据面积比计算气动泵所能提供的油压：

其中，Pair为进气压力值：40～42psi；可知此时气动柱塞泵能提供的油压仅为2400～2520psi，而现场的氮气压力基本都在2200～2400psi。

所以阀门在进行月度部分关闭试验过程中，气动泵提供的油压压力无法克服阀门氮气压力和阀门自身摩擦力以全开阀门。故在月度试验中，重新调节减压阀,将减压阀阀后压力提高至不低于50psi，阀门克服氮气压力正常开启，触发全开限位。

根据供气管线走向，泵的动力不足原因在于压空减压阀调节性能较差，在后续对减压阀进行解体，发现减压阀的活塞存在严重磨损。

由于活塞和减压阀为Al-Mg合金材质。材质相同，摩擦系数较大，容易粘着。在起泵过程中有高速的摩擦运动，活塞抗粘着能力低，其运动磨损过程中凸锋材料剥落所产生的磨粒硬度较大，会在接触面上划出沟槽或者凹坑，使活塞磨损从而引起卡涩，无法发挥正常的调节作用。

MSIV减压阀的磨损、卡涩问题在各个核电厂均存在。故其选型合适与否对MSIV月度部分关闭试验是至关重要的。现某电厂已使用了新型号的减压阀，目前运行情况良好，该情况很值得在各个电厂进行推广。

4 阀门无法切换慢关

4.1 现场问题

在某次执行阀门部分关闭试验时，试验电磁阀2-10得电后，没有得到位置开关2-27A的反馈信号。现场检查发现试验阀2-50并未切换至慢关回路。

4.2 故障分析

4.2.1 弹簧问题的分析

如果是弹簧力过大，则表示该阀门的弹簧选型错误，为了验证确认该原因，首先对阀门相关参数进行了研究：

由于试验阀活塞杆与阀门衬套之间为O圈密封，尼龙支撑环导向，故此处不考虑摩擦力的作用。故将根据弹簧力来计算试验阀切换至慢关回路所需的系统最小油压力值。

当试验阀切换至限流慢关回路时，此时阀门的弹簧力为：

F弹簧=K×ΔX

上述公式中：

K表示：该弹簧的弹性模量，经咨询厂家，其值为14.79N/m；

ΔX表示：阀门处在限流位置的弹簧压缩量，ΔX=30.23mm；

试验阀的弹簧自由长度为63.5mm，根据试验阀阀杆和阀门衬套的长度，可知阀门处于快关限位时试验阀的弹簧长度为45.97mm，当试验阀切换至限流限位时，阀杆行程为0.5inch，即12.7mm。

故ΔX=63.5-45.97+12.7=30.23mm。

由于试验电磁阀是先于主电磁阀得电的，故在主电磁阀得电前，试验阀的上游是无压力的，即切换试验阀至限流回路时，先导油压的作用面积:

由于该试验阀活塞使用尼龙支撑环导向以避免阀门衬套和活塞之间发生直接接触和摩擦，故笔者此处不计算摩擦力，代以乘一个经验系数1.5，故需要克服的弹簧力为：

P=0.072psi

由于该先导油压的压力与液压缸内的运行油压力一致，即先导油压为3000～3300psi。故系统压力提供的先导油压远大于动作试验阀所需克服的弹簧力，不会存在弹簧力过大导致先导油压无法克服而阀门不动的情况。

通过分析：弹簧因素导致的原因可排除。

4.2.2 试验电磁阀问题的分析

在确认非弹簧问题后，由于给试验电磁阀送电后，使用铁制材料测验电磁阀线圈的磁性，此时铁制材料可吸合至试验电磁阀线圈处，此时，表明试验电磁阀是具备吸合能力的，即试验电磁阀得电且动作。但试验电磁阀是否真实动作需要离线才能确认。

4.2.3 试验阀卡涩的分析

(1)弹簧侧活塞卡涩：弹簧侧活塞卡涩因液压油杂质卡涩，即分析MSIV使用的抗燃液压油内含有较大的颗粒/杂质，在试验阀动作过程中进入衬套与活塞之间导致机械卡紧。对主蒸汽隔离阀系统的液压油取样分析，该液压油的颗粒度经化验结果显示满足阀门运维手册中对液压油的颗粒度污染限制的要求。且结合多次阀门检修中，旧液压油透明良好，未发现明显颗粒。可得出试验阀因液压油的杂质导致卡涩的可能性较低。

(2)压盖侧活塞卡涩：现场发现试验阀的压盖被刷漆，且刷漆的范围覆盖了试验阀活塞杆。故在进行试验阀动作时，试验阀回缩过程中由于少许油漆被带入压盖，活塞杆摩擦力增大，导致活塞卡涩，阀门无法切换至限流慢关限位。

后经过对试验阀压盖侧的活塞杆及其四周进行除漆处理并清洁润滑。再次进行阀门部分关闭试验，试验阀动作正常，可切换至限流试验限位。

由此得出一个共性的结论：阀门在执行防腐防锈工作时，需识别出可活动部件。对于活动部件，特别是有精度要求的，如活塞杆、填料阀杆等位置需避免直接刷漆导致的阀门动作异常。

5 结束语

本文探讨的主蒸汽隔离阀在月度试验过程中遇到的相关问题为各个现场的共性问题。通过对气动泵和试验阀不动作的问题探究，分析原因所在，并制定恰当的应对方案，对保证主蒸汽隔离阀在月度试验中的有效执行有着积极的意义。