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 【深度】核电阀门使用中存在的问题及解决措施!

 

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在核电厂的各个核心系统中,阀门设备如同动脉一般,负责着关键介质的传输与控制,其中不乏与核安全息息相关的关键阀门。随着核电技术的迅猛进步,核电阀门的需求量和规模也呈现出显著的增长态势。核电,作为国际公认的清洁能源代表,其在保障环境可持续性的同时,为能源供应提供了有力支撑,因此,越来越多的国家正积极选择核电作为能源发展的重要方向。

核电厂阀门使用基本情况

在核电厂的运营中,阀门堪称是守护安全与稳定运行的关键卫士。阀门在核电厂应用广泛,几乎涵盖了所有系统,确保了电厂的正常运作。以CPR1000项目为例,两个百万千瓦的机组内,就有超过28400台阀门,这些阀门的投入占据了设备总投资的4%。而在长达40至60年的核电厂运行周期中,阀门的维护至关重要,其维修费用在整体运营支出中占据显著比重。一般来说,核电阀门的年度维修费用往往超过整个核电厂费用的一半。

一些关键阀门如主蒸汽隔离阀、稳压器安全阀和主蒸汽安全阀等,其重要性不言而喻。它们不仅是电厂的核心组件,更是确保核电厂安全与稳定的关键。同样,一回路系统中的各类核级阀门也承载着巨大的责任,任何故障都可能对电厂的正常运行构成威胁。历史上,如1979年的三哩岛核泄漏事故和2011年的日本福岛第一核电厂核泄漏事故,均凸显了阀门操作的正确性和故障处理的准确性对核电厂安全的重要影响。这些事件告诉我们,阀门的正确操作与故障处理是确保核电厂安全运行的关键环节。

核电站阀门基本类型

闸阀:液压驱动闸阀。其一般是借助自身压力水来实现活塞的开启或关闭,该阀工作压力为PN17.5MPa;公称通径为DN350、400mm;工作温度315℃。全封闭型电动闸阀。其一般选择了特制的屏闭式电动机,主要是借助浸水工作的内行星减速机来确保闸板正常的启闭运动。该阀工作压力PN2.5-45.0MPa,公称通径DN100-800mm,工作温度200-500℃。

截止阀:其包括三种结构,分别是波纹管式截止阀、填料式截止阀和金属膜片式截止阀,其一般在辅助管路上得到广泛应用。该阀介质为中温、中压的水和蒸汽,公称通径一般在DN10-150mm。

蝶阀:其在安全壳内空气介质输送系统、冷却系统中广泛应用,其主要包括偏心式金属密封蝶阀、同轴直连式衬胶蝶阀和双动式金属密封蝶阀三种类型。该阀工作压力PN<4.0MPa、公称通径DN≤2500mm、工作温度100-150℃。

止回阀型隔离阀:其在核电站的蒸汽系统中被广泛应用,其结构形状与升降式止回阀类似,该阀工作压力PN1.0-42.0MPa、公称通径DN64-800mm、工作温度-29-1050℃。

主蒸汽隔离阀:常规岛和核岛用主给水阀门、主蒸汽隔离阀,该阀工作压力40.0MPa、公称通径DN800mm、工作温度700℃。

此外,在核电厂的核燃料提取过程中,还选择了满足地震要求的安全阀、顶部安装的核弹道阀和软硬关闭的高真空阀。

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常见阀门故障

No.1内部密封失效

原因可能涉及自然因素,如密封元件寿命耗尽,以及人为因素,如密封面研磨不佳、填料过紧导致的损坏、材料不耐腐蚀、异物阻塞密封面或操作错误等。

No.2阀体或阀盖间泄露

原因可归结为多个方面。首先,焊接过程中的不良操作,如夹渣、焊接不全或焊接裂纹等问题,是引发阀门性能不佳的重要原因。其次,铸造材料的质量问题,如砂眼、夹渣等缺陷,也会直接影响阀体和阀盖的质量。最后,阀体和阀盖密封垫的失效也是导致阀门性能下降的关键因素。这些问题共同影响了阀门的正常运行和安全性。

No.3阀门机械问题

现场机械部分也是导致阀门关闭的又一项主要原因。核电站机组平时一般带基本负荷,其高压缸的主阀和低压缸调节阀一直处于全开状态。因此阀门定位器中的先导阀阀芯一直处于某一个固定位置。只有在汽机负荷下降到一定水平时,这些阀门才开始要求关小开度。

No.4装配以及表面、尺寸问题

在工程实践中,装配不当曾引发过严重的后果。例如,某核电厂在RRI系统调试过程中,由于阀门螺钉脱落,导致了巨大的财务和时间成本用于故障排查。此外,还有到货的阀体与传动箱法兰连接时,由于双头螺栓长度不足,拧紧螺母后螺栓外露部分不够,这也带来了潜在的安全隐患和维修难题。

No.5填料泄露

主要原因包括:填充材料抗腐蚀性不足或过期,安装缺陷如填料尺寸不当、螺旋接头不良等,阀杆精度低导致弯曲磨损,填料圈数不足或压盖未正确压紧引发的泄露,以及安装和操作中的不当处理。

No.6功能与性能试验的常见问题

阀门试验与检验至关重要,确保阀门设计制造无缺陷,使用安全可靠。总装后须进行性能试验,检查是否符合设计与国家标准。常规试验包括壳体强度、密封、低压密封和动作试验等,需逐项合格后进行下一项。试验能有效暴露材料、毛坯、热处理、机加工和装配中的缺陷。

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故障维修策略

No.1减少阀体或覆盖泄露措施

a.遵循焊接操作程序,强化焊后检查。

b.选用高质量、适配的铸造材料。

c.密封垫选型需匹配介质工况。

d.对常泄露阀门进行选型评估,必要时替换。

No.2解决填料泄露

应该遵循以下步骤:a.根据工况选择合适的填料材料和型式。b.正确安装填料,盘根应逐圈压紧,接头呈30°或45°。c.老化或损坏的填料应及时更换。d.弯曲或磨损的阀杆应矫直或修复,严重损坏的及时更换。e.填料安装应按规定圈数,压盖应均匀对称拧紧。f.损坏的压盖、螺栓等部件及时修复或更换。g.操作时保持匀速正常力量,适当调整压盖与阀杆的间隙,避免过大或过小。

No.3防止内部密封失效措施

a.定期检查内部元件,及时替换老化和磨损部件。b.严格控制阀门密封面的研磨质量,确保密封效果。c.分析失效部件,优化选材,防止因材质问题导致故障。d.检修时加强防异物控制,清洗易沉积杂质的管道,避免内漏。

国内核级阀门产业已初具规模,取得显著成就,并展现出良好的发展态势。然而,我们必须正视现实,即当前核电阀门在技术水平、质量稳定性和可靠性方面仍有不足,这在一定程度上制约了核电阀门的国产化进程。为了从根本上解决核电阀门的技术和质量问题,满足行业发展的迫切需求,我们需要在多个方面采取有力措施:

1.完善技术标准:加速核电阀门相关标准的制定和完善,确保与国际标准接轨,提高设计、选材、制造和检验等各环节的规范化水平。

2.资源共享与实验能力建设:整合行业资源,建立共享的实验、检测和鉴定平台,减少重复投入,提升核电阀门的研发效率和产品质量。

3.人才与技术引进:加强核电人才培养,积极引进国际先进技术,提高核电阀门的设计水平和生产能力。

4.软硬件升级:加大软硬件投资,确保设计、制造手段的先进性,保障零部件和整机的加工、装配质量。

5.特种工艺人员培训:加强焊接、无损检测、热处理等特种工艺人员的培训考核,确保零部件制造质量符合设计要求。

6.核安全意识与质量管理:加强核电安全意识教育,提升全员质量管理水平,确保核电阀门的设计、制造全过程符合高标准、严要求。

核电阀门技术自上世纪80年代开始发展,至今已在全球范围内取得了瞩目成就。在一些核电阀门技术领先的国家,其生产能力和管理水平都远超过我国,这种技术差距成为制约我国核电阀门产业和企业发展的关键因素,同时也制约了核电产业的整体进步。面对这一挑战,我国核电阀门行业的生产企业必须迅速响应,加速创新的步伐。积极引进国际先进的生产设备,不断投入研发力量,学习并吸收国际先进经验,努力在各个环节实现优化和提升。只有这样,才能从根本上提高我国核电阀门的研发和生产能力,确保核电产业的稳健发展。

  • --------来源于《阀门公众号》