人员闸门密封检测系统的功能与应用

作者简介：董绪超（1986-），男，硕士，工程师。研究方向为民用核电站燃料转运、工艺运输等相关设备。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.005

摘  要：人员闸门作为核电站核岛安全壳的一部分，除了保证其正常运行操作功能，还应保持与安全壳一致的气密性，所以为人员闸门配置一套密封检测系统尤为重要。该文简要论述人员闸门密封检测系统（其中核心的控制装置被称为气动回路）的主要功能和系统特点；并对气动回路的结构进行拆解，详细介绍每个零部件的型号及性能特点，同时阐述系统界面及操作流程。对于后续优化改进人员闸门密封检测系统、逐步实现零部件国产化替代，有现实的借鉴意义。

关键词：密封检测；气动回路；人员闸门；核岛安全壳；气密性

中图分类号：TM623.8      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）12-0020-04

Abstract： As a part of the containment shell of the nuclear island of the nuclear power plant， the personnel gate should not only ensure its normal operation function， but also maintain the air tightness consistent with the containment， so it is particularly important to configure a set of sealing detection system for the personnel gate. This paper briefly discusses the main functions and system characteristics of the personnel gate sealing inspection system （in which the core control device is called the pneumatic circuit）， and disassembles the structure of the pneumatic circuit. The model and performance characteristics of each part are introduced in detail， and the system interface and operation flow are described. It has practical reference significance for the follow-up optimization and improvement of personnel gate sealing inspection system and the gradual realization of domestic replacement of parts.

Keywords： sealing inspection; pneumatic circuit; personnel gate; nuclear island containment; air tightness

人员闸门作为核岛的核心承压设备，起到保证核岛在运行期间的密封性和安全性，以及在检修期间人员的流动性的作用，是核电站安全运行的重要设备。人员闸门在核岛发电状态下处于密闭状态，其密封性是保证核岛安全运行重中之重。所以需要一套密封检测系统，对其所有密封点进行周期性的检测，同时实时进行密封监控[1]。其控制装置称为气动回路。

1  主要功能论述

1.1  局部密封测试功能

人员闸门的气密性检测是EPP系统（安全壳泄漏监测系统）B类局部密封性试验的重要组成部分。内外门的双道密封圈、电气贯穿件、手轮、平衡阀、联锁机构和窥视窗等贯穿门体的机构都要按系统的要求定期进行局部密封性试验。局部密封测试功能通过气动回路上各个阀门的联动开启或关闭实现，检测不同部位，检测压力和检测点也不同[1-2]。

1.2  舱内加减压功能

在安全壳整体密封和强度试验期间（A类试验），人员闸门作为增压/减压舱[3]，在需要时为工作人员提供进入安全壳的通道。试验期间，平衡阀无法实现门体开关前的压力平衡功能[4]。因此需提供一套加压/减压装置来平衡门体压力，满足门体开关的必要条件。

1.3  在线密封检测功能

在正常运行周期内，人员闸门长时间是处于关闭状态的。人员闸门需要一套自动密封检测系统来实时检测人员闸门的整体密闭性能。当人员闸门处于内外门闭锁状态，且长时间不会使用时，人员闸门可选择进入“在线密封检测”模式。此模式下，电控系统将控制气动电磁阀自动往人员闸门舱体内冲压至预制值后，自动关闭电磁阀且监测压降。通过判定规定时间内的压降值，来判断人员闸门泄漏率是否超标。若人员闸门泄漏率超标，则再进入“局部密封检测模式”判断泄漏点[5]。

1.4  应急供气功能

为了防止在人员闸门机械故障状态下，人员因长时间封闭于舱内而缺氧。系统需提供对舱内进行紧急供气的功能。应急供气功能启动时，加压阀和减压阀同时开启，以实现空气置换，为受困在闸门舱体内的人员提供空气。

2  系统组成及主要零件性能

2.1  系统组成

气动回路整体安装在门板外侧，用螺栓固定在外門门板的安装支架上。主要零件如图1所示。

注：1为球阀；2为过滤减压阀；3为安全阀；4为高流量精密调压阀；5为电磁阀；6为压力表；7为压力表；8为消音器；9为软座阀杆针阀；10为快速接头（管茎+管体）；11为金属软管；12为调节阀杆针阀；13为球阀。

图1  气动回路模拟图

2.2  主要零件性能

1）图1中零件1、13采用的是世伟洛克的SS-63系列球阀，其性能特点如下：指向型阀杆可以显示出打开或关闭位置；杆弹簧用于补偿压力和温度变化以及磨损；接地弹簧使阀杆接地提供持续的防静电；活负载、两件式V形阀杆设计可以使所需的操作扭矩较小，性能改善，补偿阀杆磨损；高强度阀杆支撑能获得平稳的启动，消除阀杆和阀体之间的摩擦，耐磨损；底部装载式阀杆可防止阀杆爆裂，加强系统安全性；独特的锥形碟片弹簧加载阀座用于补偿阀座磨损、压力和温度变化，降低压力突变引起的阀座磨损，对任何流动方向都有密封作用；法蘭密封可在法兰和中心阀体之间提供无泄漏密封；支撑环用于支撑阀座并防止阀座隆起、过早磨损和变形。

2）图1中零件2采用的是美国ASCO JOUCOMATIC公司（以下简称“ASCO”）的342系列过滤减压阀，其性能特点如下：根据新的ATEX指令2014/34/EU，其不锈钢过滤器、调节阀和过滤器调节阀适用于腐蚀性环境，以及适用于由气体、蒸汽、雾或粉尘引起的潜在爆炸性环境；经海关联盟CU-TR认证，适用于潜在爆炸性环境；功能安全经IEC 61508《功能安全性通用要求》， SIL认证；符合欧洲基本健康和安全要求（EN13643-1《潜在爆炸性环境用非电气设备》）；所有内部金属部件采用316/316L不锈钢制造；内置超压释放功能，可选配非释放功能；使用316L不锈钢阀体；内部弹簧采用INCONEL（特种金属公司集团的商标）材料，适应酸性气体环境。

3）图1中零件3采用的是东吴机械WFM系列的安全阀，其性能特点如下：采用螺纹连接，安装方便；精度高；结构小巧，方便拆装。

4）图1中零件4采用的是ASCO的R88系列高流量精密调压阀，其性能特点如下：可以用于高流量和精确的压力控制；即使供应压力变化很大，也能利用滚动隔膜确保恒定的输出压力，保持稳定。

5）图1中零件5采用的是ASCO的RCC-E《核岛电气设备设计建造规则》，K3级X210系列电磁阀，其性能特点如下：防护等级IP65；结构坚固，适用于高压和恶劣环境；质保按NF EN ISO 9001 v2008以及SGAQ DIN/DPN/DNC no. 2013-03 EDF执行；电涌抗扰度测试按EN61000《电子电器产品EMC检测标准》4—5章节进行试验；阻尼振荡波抗扰试验按照EN61000《电子电器产品EMC检测标准》4—18章节进行试验；在30 ℃寿命为32 a，使用温度+3～+50 ℃；在+50 ℃下开关15 000次（自来水中不含大于0.1 mm颗粒）；抗震试验，在每个方向上2 h以1 g的加速度从1—500 Hz的频率进行试验；RCC-E地震分量级反应谱（从1—100 Hz在5%时加速度高达30 g）ZPA（零周期加速度谱值）为6 g。

6）图1中零件7采用的是世伟洛克PGI系列压力表，其性能特点如下：使用卡口环，便于调节指针；透镜由聚碳酸酯制成，可提供额外保护。

7）图1中零件6采用的是上仪的YE系列压力表，其性能特点如下：具有较强的耐腐蚀性能；精度等级2.5级；使用温度-25～55 ℃；配有调零装置，方便调整零位。

8）图1中零件8采用的是费斯托的消音器，其性能特点如下：工作压力0～1 000 kPa；工作介质为压缩空气（符合ISO 8573—2010《压缩空气质量标准》）；耐腐蚀等级CRC 1，符合Festo FN 940070标准。

9）图1中零件9、12采用的是世伟洛克的1系列针阀，其性能特点如下：使用填料螺母方便外部调整；可提供全面支撑的垫片减少了对调节的需要；带有碟片弹簧的两件式V型垫片，从而改进了密封、减少了磨损、补偿磨损以及减少了作用扭距。

10）图1中零件10采用的是世伟洛克QC系列快速接头，其性能特点如下：带有更大接触面积的锁定装置；推入式连接使操作迅速方便；可提供范围广泛的选购件，其中包括带键型快速接头；结实的管体套管保护管体的开口端。

11）图1中零件11采用的是世伟洛克金属软管，其性能特点如下：具有抗渗透能力的PTFE管；内孔光滑；尺寸范围为0.635～2.54 cm， 工作压力最高20 600 kPa；304不锈钢单编织层保证了软管承压能力，而且还能保护内管防止磨损。

3  系统的特点

3.1  密封性能强

制造时，按照工艺对密封检测进行分阶段密封检测，保证每个连接点完全密封，从而保证整个设备的密封性。

采用核电专用螺纹密封胶对连接点进行密封。

设计时，采用较少的接头，用直管煨型一体设计。

3.2  模块化设计

气动回路采用模块化整体设计，解决现场空间小、操作不便等问题，方便人员安装和检修。

4  设备的使用

4.1  人员要求

使用时必须2人以上进行，且必须是电气控制和机械方面的专业人员，充分了解设备的图纸、逻辑和操作流程，并熟练使用必需的仪器和工具。人员在使用时务必做好个人防护。

4.2  首次使用要求

1）电控要求：连接电源时应核对所提供的电源频率及电压是否与规定的相符；设备的保护接地线是否可靠；对照电气原理图及端子接线图，检查所有端接是否正确，强电回路对地是否有短路。

2）机械要求：打开气源，调整高精密调压阀（R880-04BG）到0.07 MPa；图2中零件1（球阀）、2（球阀）、3（软座阀杆针阀）、5（电磁阀）为关闭状态，零件4（快速接头）为未连接金属软管状态，记录零件6（压力表）的值P1，计时10 min，10 min后观察零件6压力表的值P2；当P1=P2时判断管路满足密封要求；若发现密封异常，可用泡沫法检查漏点。

图2  气动回路工作模拟图

4.3  在线密封检测使用流程

在线密封检测的初始条件：电气系统通电结束；外门处于密封状态，即关门限位SQ1触发、平衡阀开启限位SQ2和开门限位SQ3未触发；内门处于密封状态，即关门限位SQ4触发、平衡阀开启限位SQ5和开门限位SQ6未触发；总控室批准进入信号为OFF；将控制箱A1上的“运行-停堆”旋钮旋转至“运行”状态[5]。

在线密封检测的操作使用流程详见表1。

5  触摸屏界面介绍

5.1  用户登录界面

此界面为触摸屏的初始界面，操作人员可根据操作级别选择适用的用户，并输入与之对应的用户密码，以登录用户信息。

5.2  密封检测界面

在线密封检测界面用于在人员闸门处于“人员闸门密封模式”下，对人员闸门进行在线密封检测试验各项操作。其中包含如下内容：在线密封检测次数、时间设定；在线密封检测开关及确认按钮；在线密封检测状态及故障信息；压力、压差及完成次数等数据信息。通过点击用户登录界面或其他界面的“密封检测”按钮，方可进入该界面，如图3所示。

5.3  故障报警界面

故障报警界面用于显示系统故障报警及错误指令信息。通过点击用户登录界面或其他界面的“故障报警”按钮，方可进入该界面。

表1  在线密封检测使用流程

图3  密封检测界面

在此界面，可查看当前所有故障报警及错误指令信息。另外，在所有显示界面的最上方均设有故障报警流动显示窗口，实时报警错误信息将在该条形窗口上进行流动显示[3]。

5.4  系统故障说明

人员闸门密封检测系统常见的系统故障详见表2。

表2  系统故障说明

6  结束语

综上所述，本文推荐并描述了一套已实际验证并应用的人员闸门密封检测系统。气动回路作为人员闸门密封检测系统的控制台，由一系列不同品牌、不同型号的高质量、高性能的零部件组成，是一套精密的机械结构；再通过电气控制，形成了一套带有触摸屏控制界面的机电一体化控制系统，从而实现了密封检测系统的各项功能。

随着国内外对于核电站安全的要求逐渐提升，核岛安全壳密封性能的关注度也会越来越高。通过详细解析人员闸门密封检测系统的零部件和电控，对于后期的优化升级改进、国产化替代以及新增功能，提供一套完备且实际应用的基础架构。

参考文献：

[1] 谢岱良，李鸿飞，李上元，等.压水堆核電厂安全壳贯穿件老化管理[J].大众科技，2019，21（7）：34-37，53.

[2] 李玉环，张鸿泉，周犊.核级贯穿件阀门密封试验的分析与研究[J].阀门，2020（4）：1-5.

[3] 黄金勇，周晨曦.降低海南核电人员闸门机械故障率[J].电工技术，2021（8）：154-155.

[4] 施勣，徐小刚，杨林民.双层安全壳人员闸门力学分析[J].核动力工程，2015，36（5）：144-147.

[5] 马晓荣，薛万勋.核电站人员空气闸门“零泄漏”密封系统应用研究[J].液压气动与密封，2021，41（5）：51-53.