核电厂常规岛疏水排气阀缺陷分析

蔡国辉 袁鑫

福建福清核电有限公司 福建福清 350318

1 阀门缺陷情况及缺陷影响

福清核电3号机组运行期间，现场发现部分常规岛手动截止阀内漏，并在商运前集中消缺窗口解体研磨14台手动截止阀（均为同一厂家，且该14台阀门均成对串联布置，两道阀门均内漏失效），发现阀座与阀芯密封面存在不同程度的损伤，尤其是阀座存在不可修复的缺陷。经过评估认为该厂家制造阀门质量可能存在问题，并对该厂家阀门进行内漏排查，通过红外点温枪对阀门进出口进行测温，对温度进行分析，根据前期检修排查经验，若阀门不存在内漏，则疏水阀下游管道温度基本等于常温，部分管道返汽除外[1]。经过范围排查发现AHP、ABP、CEX、VVP、APA、CVI等系统排向SEK放水管道的疏水阀存在内漏现象，内漏数量为86台，后利用相关检修窗口进行切割更换，启机之后，发现VVP/ABP/CEX等12个阀门存在内漏，并经开关冲洗无效。此外，4号机组商运以来，APD/AHP/APA/GCT等系统26个阀门出现内漏，机组运行期间通过采取带压堵漏方式处理。机组运行期间二回路系统疏水阀持续内漏主要存在以下风险：

（1）造成机组热量损失、降低机组热效率（部分设备布置在二回路主管道上）；

（2）部分阀门下游为SEK集水箱（即对空），高温蒸汽外泄有危害人身安全的风险。

2 阀门缺陷原因分析

通过对其中一个缺陷较大的阀门（7A高加手动疏水阀）进行失效分析，检查方面包括：宏观检查、化学成分分析、金相检查、硬度试验、表面微观形貌分析，相关结果如下：

（1）从阀门选型来看，截止阀型号为J61H-160，该阀门为手动高压对焊截止阀，应用于工作介质为水和蒸汽，最高介质温度为425℃，公称压力为16Mpa的场合，阀门选型满足电厂高加系统疏水阀的工况要求；截止阀阀瓣材料选用马氏体不锈钢F6a，阀座材料选用碳钢A105并堆焊不锈钢耐磨层D507，从阀门材质选择来看，符合截止阀通用选材要求[2]。

（2）理化检验结果分析得知，阀座材料的化学成分满足标准ASTM A105/A105M-2014对其化学成分要求，金相组织正常，硬度分布均匀且满足相关标准要求；阀瓣材料除碳含量超标外，其余元素满足标准ASTM A182/A182-2016对其化学成分要求。碳含量的增加，相应的提高了马氏体不锈钢的强度和硬度。硬度测试结果已经表明，虽然阀瓣母材的硬度分布均匀，但已经超过ASTM A182/A182M-2016标准对F6a钢的硬度要求。在阀门闭合过程中，由于阀瓣密封面硬度明显高于阀座密封面，容易引发阀座密封面损伤。从阀座堆焊质量分析得知，堆焊层截面形貌近似三角形，堆焊层尺寸明显低于相关标准和供应商要求，导致部分阀座基体金属承担密封作用。

（3）从内漏部位的宏观检查和表面微观形貌分析结果来看，内漏部位堆焊层及其下部基体存在明显的冲蚀磨损痕迹，冲蚀方向和阀门开启状况下内部介质流动方向一致，即整体上为从下部向上部流动。。阀门密封不严必然会导致介质小流量渗漏，这主要取决于阀门的设计选型和制造工艺。例如，该阀未对泄漏等级做特别规定，按照标准GB/T 13927-2008《工业阀门 压力试验》要求，金属密封副阀门在产品标准或订货合同中没有特别规定时按D级要求，即在一个大气压力状态下允许出现不超过0.1×DNmm3/s的泄漏量。阀瓣或密封面变形也会导致介质的小流量渗漏。阀门密封面的损伤也会使其密封不严，导致小流量渗漏，这主要取决于阀门的制造、运输、检验、安装和使用过程。工艺管道中的介质如果含有大量的固体杂质，会使阀门无法完全关闭，从而不同程度上会有介质渗漏。在阀门存在微渗的情况下，由于疏水阀上下游存在较大的压力差，当液体介质从密封间隙渗漏时，液体压力瞬间降低，导致液体沸点迅速降低，从而使部分液体发生汽化进而形成汽液两相流，发生“闪蒸”现象，逐渐冲蚀阀瓣和阀座密封面两侧金属。随着时间的延长，密封处金属不断缺失，最终形成冲蚀形貌[3]。

3 结语及处理建议

通过以上检测及分析，得出阀门制造质量问题是引发阀门内漏的主要原因，主要的制造质量问题有：（a）阀座密封面的堆焊层厚度和密封面宽度尺寸不满足厂家标准要求；（b）阀瓣和阀座密封面硬度差超标。可能导致阀门内漏的另一个原因，机组建安期间管道未有效吹扫，以及管道内壁锈蚀，导致系统内存在较多的铁屑、焊渣等杂质，在系统进水后，随着介质流动，部分堆积到疏水排放管道，在疏水阀开启和关闭过程中，焊渣或铁屑等卡在密封面上，导致密封面损伤。

处理建议：（1）严格控制阀门产品质量，特别是密封面堆焊质量，确保堆焊层尺寸满足产品设计要求；（2）对新进截止阀的阀座密封面堆焊层进行抽检；（3）提高建安和调试期间管道异物控制；（4）在机组系统进水投用前进行阀门抽检解体检查，及时发现不合格产品并进行更换，降低系统投用后再进行隔离的检修成本。

根据福清核电3号机组处理缺陷的经验，可将缺陷阀门进行分类分级后再排窗口进行更换处理：第一级，当前已有内漏缺陷的阀门；第二级：APA/AHP/ARE系统水侧常关阀门；第三级：GCT/VVP系统常关阀门；第四级：APA/AHP/ARE/GCT/VVP常开阀门；第五级：其他系统阀门。通过划分优先级，有效降低处理缺陷的压力，并在处理过程中合理评估处理的必要性和实施的成本考虑。