安全注射系统全封闭电动闸阀异常问题的分析及处理

黄麟淞，周金昊，胡启帅，曹 宇，袁 磊，邓治鑫

（中国核动力研究设计院，四川成都 610041）

0 引言

全封闭电动闸阀是安全注射系统重要组成部分，负责控制系统中介质的流动和切断，保证系统在核设施事故时完成预定的功能。在安全注射系统定期功能性试验期间，全封闭电动闸阀出现全封闭电动闸阀关阀指示灯不亮以及阀门无法动作的异常情况，严重影响系统正常运行。为保证安全注射系统正常功能，本文针对电动闸阀关阀指示灯不亮以及阀门无法动作的异常情况作出分析处理及建议。

1 全封闭电动闸阀结构介绍

全封闭电动闸阀主要由阀体、闸板、阀盖、位置指示器、屏蔽电传动装置组成。

1.1 阀体

全封闭电动闸阀阀体由阀座、阀板、阀盖、滚珠丝杠副等组成。全封闭电动闸阀采用内循环滚珠丝杠副结构，它的功能是将旋转运动转化成直线运动，通过滚珠丝杠副作用得到较高的运动效率。

1.2 屏蔽式电传动装置

全封闭电动闸阀采用屏蔽式电传动装置。该装置主要由屏蔽式电机和减速机构两个部分组成，屏蔽式电机通过转子轴向减速机构提供扭矩，减速机构再将扭矩传递给阀门，以控制阀门的启闭，从而达到操作阀门开关的目的[1]。

1.3 位置指示器

位置指示器提供阀门的位置信号，供给运行人员远程监视阀门启闭使用，或者供给其他自动装置（调节器）用。阀门动作时，通过位置指示器传递阀门启闭信号，阀门动作到位之后给出阀开（阀关）到位信号，对应远程控制台阀开（阀关）指示灯亮。若位置指示器发生故障，阀位信号则无法输出，阀门将无法动作。位置指示器主要包括行程开关、电位计、石墨衬套、滚珠等，安装在滚珠式杠副上，用于阀门位置信号的反馈。

在阀门的长期动作中，长期摩擦会造成零件磨损，间隙磨损到一定程度的时候必须更换零件。设计者在设计的时候，一般选用硬度较低、耐磨性较好的浸铜石墨复合材料制成的石墨衬套[4]。这类新材料突出表现在良好的自润滑性、较低的气孔率、较高的机械强度、极好的耐磨性与优异的热性能。

2 异常情况分析

2.1 异常情况描述

安全注射系统进行阀门定期启闭试验过程中，1#、2#全封闭电动闸阀远程开阀、关阀现场均正常动作，阀开和阀关指示灯均正常显示。3#、4#全封闭电动闸阀执行远程开阀指令时，现场阀门正常动作，阀开指示灯亮，远程关闭阀门时，3#、4#全封闭电动闸阀分别动作7.4 s、9.2 s 之后停止动作，阀开指示灯灭，阀关指示灯不亮，运行人员未发现3#、4#阀门有异常现象，且关阀时间短于1#、2#关阀时间经过现场初步检查。运行人员判断阀门关阀不到位，再次对3#、4#全封闭电动闸阀进行远程关阀动作，阀门现场无动作，阀开阀关指示灯均不亮，进行远程开阀动作时，现场无动作，阀开阀关指示灯均不亮（表1）。

表1 全封闭电动闸阀启闭试验记录 s

2.2 故障分析

全封闭电动闸阀阀门动作不到位是阀门常见故障之一，阀门本体故障、阀门电动装置故障、阀门限位装置故障等均可能导致电动闸阀动作不到位。

2.2.1 阀门本体故障

阀门本体故障主要发生在安装时出现的安装问题以及后续阀门使用过程中的动作失效故障[5]。阀门本体故障容易导致阀门出现无法动作、阀门动作缓慢现象。

（1）安装故障。全封闭电动闸阀安装初期填料压得太紧，阀杆与丝母配合过紧或损坏，阀杆润滑不良，阀杆磨损，阀杆歪斜都会造成阀杆升降不灵活甚至无法动作。根据阀门动作过程中，现场人员未听见3#、4#阀体出现卡滞、磨损等异常声音，故排除阀门安装原因。

（2）动作失效故障。全封闭电动闸阀长期运行期间，可能会有异物或杂质随着水流进入电动闸阀装置内从而造成轴承失效或齿轮磨损、损坏、法兰螺母松弛、阀杆螺母传动失效以及闸板卡滞故障致使阀门卡滞、阀门关阀不到位的现象。现场拆卸3#、4#阀门本体，检查阀体内均无异物、无破损元件，阀门本体正常，故排除阀体动作失效故障。

2.2.2 屏蔽电传动装置故障

屏蔽电传动装置常见故障有电机电压不足不能启动、电机烧毁、电机绝缘电阻不良3 种，3 种故障均会导致阀门出现无动作的现象。

（1）电机不能启动。原因为电机电源缺相或没有接通电源、电压过低会造成电机无法启动。就地检查3#、4#阀门电源连接正常，检测电压没有缺相现象，电机没有短路故障，故排除电机电压不足的可能。

（2）电机烧毁。电动闸阀长时间连续运行或长时间堵转工作，容易造成阀门电机烧毁致使阀门无法动作。现场拆卸电机，检查电机无损坏，检测电机引线与外壳电阻值为12 MΩ，故排除电机烧毁的可能。

（3）电机绝缘不良。电动闸阀随着系统管线走向分布，分布于空间狭小、潮湿地带，阀门电机很容易受潮造成电阻降低甚至发生内部短路或漏电现象使该阀门无法正常动作。就地对3#、4#阀门电机进行检测，电阻分别为83 MΩ 和52 MΩ，绝缘值正常，故排除电机绝缘不良故障。

2.2.3 位置指示器故障

安全注射系统运行期间，由于泵体产生的振动较大，对阀门各零部件的伤害有很大影响，容易造成管线和零部件脱落、损坏，造成信号传递故障，出现实际阀位与反馈信号不对应的现象[2]。

（1）位置指示器接线端脱落。阀体动作带来的振动容易使接线端松动致使位置指示器接触不良造成阀位信号无法正常发送，阀位控制机构无法给出阀开（阀关）到位信号，阀门无法动作。现场检查3#、4#阀门位置指示器连接线路均没有松动、脱落现象，故排除位置指示器接线端脱落的可能。

（2）石墨衬套破损。石墨衬套在位置指示器中起到密封、防磨损和润滑和阀位信号的传递作用。阀体动作振动过大容易造成石墨衬套破裂、损坏，当石墨衬套内壁有裂纹或内径磨损0.20 mm以上[3]会致使位置指示器接收不良，阀位控制机构无法接收信号，阀门停止动作。现场拆卸3#、4#阀门位置指示器，将石墨衬套拆卸下来，发现3#、4#阀门的石墨衬套内壁分别有不同程度的破损情况（图1）。

图1 石墨衬套

3 问题处理及验证

根据故障分析可知，石墨衬套破损是导致全封闭电动闸阀无法动作的原因，通过对3#、4#全封闭电动闸阀石墨衬套进行更换，之后分别对3#、4#全封闭电动闸阀进行远程关阀、开阀试验，阀门均动作正常，阀关和阀开指示灯均亮，3#、4#阀门开关阀时间如表2 所示。其中，关阀时间、关阀灯亮、开阀时间和开阀灯亮时间均不应大于20 s。

表2 全封闭电动闸阀启闭试验记录（更换衬套后）s

根据阀门试验数据与现场操作人员对石墨衬套的检查，由于阀门石墨衬套破损，导致阀门的阀位信号无法传递给位置指示器，故位置指示器接收不到信号反馈，致使阀门停止动作。更换3#、4#阀门的石墨衬套后，阀位信号能及时反馈至位置指示器，阀门动作恢复正常，阀门信号灯恢复正常。

4 结论

本文根据全封闭电动闸阀关阀不到位异常情况进行分析，从阀门结构和工作原理出发，设计方案对阀体各部件进行检查。全封闭电动闸阀关阀不到位的根本原因是石墨衬套破裂。通过更换石墨衬套，恢复了全封闭电动闸阀的正常使用。

对于石墨衬套破损问题导致的全封闭电动闸阀无法动作的问题，未来石墨衬套的研究焦点可以重点关注以下两个方面。

（1）随着市场对电动闸阀的要求越来越高，新型石墨复合材料必然是研究的重点内容。

（2）在未来工作过程中，石墨衬套将面对更为复杂的工作环境，有效的维护保养能延长石墨衬套的使用寿命，相应的维护策略也是发展的一个重要内容。