剖析逆止阀异常对核安全的潜在影响及其预防措施

剖析逆止阀异常对核安全的潜在影响及其预防措施

吴炎填

山东核电有限公司 山东烟台 265116

摘要：逆止阀在核电厂中是一个小部件，但它在工艺系统中却起着十分重要的作用。逆止阀的异常能够引起泵的倒转、旁通流量、甚至旁通安全壳，造成一回路放射性介质释放到环境，关乎到核安全，因此，对于逆止阀的异常需要提高关注。本文将通过逆止阀失效带来的常见影响，挖掘潜在的其他重大影响，并思考相应的预防措施，减少由于逆止阀异常对电厂带来的挑战。

关键词：逆止阀；不回座；反转；核安全

1 前言

逆止阀在正常情况下，流体正向流过逆止阀时流体的压力打开阀门，流体反向流动时阀门关闭，其作用是防止管路中介质倒流引起母管压力流量的急剧下降，在我们电厂，常见的逆止阀异常包括不回座和内漏，对泵与风机的影响包括倒转、旁通流量；对于低压氢气和氮气供气系统，当母管压力降低时可能造成用户流体逆行，导致用户侧压力下降；对于贯穿安全壳的系统，如化容系统的高压氢气和锌添加子系统，当叠加隔离阀内漏时，会造成一回路放射性介质释放到环境。以上的这些异常轻则影响系统的出力，重则造成停机停堆，我们通过分析发生的相关案例，并举一反三，为后续的运行操作带来良好的警示和借鉴作用。

2 泵与风机逆止阀异常的影响和预防措施

泵出口逆止阀异常在我们电厂多次出现，包括厂用水泵、闭式冷却水泵和定子冷却水泵等多个设备，主要发生在切换泵的过程中，原来运行泵的出口阀不回座，在新投运的泵运行之后出现反转，母管压力降低。这种带来的影响包括泵体反转引起叶轮松动、甚至脱落，产生动静摩擦；一些系统母管压力降低达到报警值或动作值，将引起相关保护动作，比如主给水泵润滑油系统压力低到0.06MPa将会导致该主给水泵不可用，迫使机组降功率甚至失去给水带来了系列影响。我们以发电机定子冷却水系统定子冷却水泵为例子，假设我们需要将定冷水泵从A切换至B运行，当B投运之后，定冷水泵是关阀再停泵，这一步操作没有风险，主要风险点在于打开定冷水泵A出口阀将A泵置于备用状态的时候，如果逆止阀不回座，那么将会有部分流量从A泵出口逆流到入口并返回水箱，这不仅引起泵倒装，同时母管压力会降低，当降低到0.3MPa，A泵会启动，如果A泵起不来，当降低到发电机定子冷却水进出口差压比正常值（0.24MPa）低 0.095MPa（2/3 通道），延时30 秒，同时发电机并网或灭磁开关合闸，将触发发电机跳闸。

这种后果我们是不能接受的，因此，我们应该在切换过程中做好风险控制。主要预防措施就是在开定冷水泵A出口阀过程中，应该缓慢先开一小部分，同时观察泵轴有无反转，母管压力有无下降，如果没有出现这些情况，再缓慢增加阀门开度直至全开；如果发生反转或母管压力下降，应该立即关闭出口阀，联系维修对逆止阀进行处理，一般可以采取敲击使逆止阀回座。需要注意的时，当备用泵出口阀关闭时，意味着该泵失去备用功能，一旦运行泵发生跳泵，将导致停机，因此有两点需要引起重视：一是在切换过程中我们应该关注新投运的泵运行状态是否正常，如无异常才能将另一台泵停运；另一个是在备用泵出口阀关闭的情况下，应该让现操就地待命，在紧急情况下可以快速将出口阀打开。

风机的情况与泵大致相同，以轴封冷却器排风机为例，如果逆止阀不严会导致备用风机反转而损坏，同时排风管道负压不足会引起轴封蒸汽窜入汽轮机润滑油导致油质劣化。总的来说，风机逆止阀不严预防措施跟泵的处理思路基本一致。

3 氢气氮气用户逆止阀异常的影响和预防措施

对于某三代电厂的低容量冷冻水，正常情况下，低压氮气子系统为膨胀水箱提供一定压力的氮气，为泵提供净正吸入压头。在低压氮气子系统不可用（预防性维修或设备缺陷）的情况下，如果氮气母管剩余的氮气被其他用户消耗，比如一回路下泄系统吹扫，就会造成母管压力急剧下降，这时候如果逆止阀不严，就会导致膨胀水箱氮气逆流到氮气母管，造成水箱压力降低，从而导致低容量空冷泵跳泵，严重情况下会触发安全相关的应急可居留系统。

因此，我们需要警惕在低压氮气不可用的情况下，为防止逆止阀内漏，采取相应的补偿措施，以缓解造成的影响。当膨胀水箱压力下降时，可以打开除盐水阀门为水箱补水，提高泵的压头；可以关闭供氮管线的隔离阀，并尽量避免消耗母管残存的氮气，以保证母管压力在一个高的水平；如果条件允许，可以通过变更，在一些重要的用户中设计备用氮气，例如增加氮气瓶和备用供氮的接口。

对于低压氢气子系统，也有逆止阀内漏导致流体逆流造成设备损坏的风险。正常情况下低压氢气添加到除盐水中进行催化除氧。低压氢气除了为它服务之外，还为发电机系统提供补氢，如果在为发电机补氢过程中，造成氢气母管压力降低，当除盐水压力大于供氢压力时，叠加逆止阀不严的话，就会发生水进入氢气流量计，造成流量计的损坏。

为了缓解这一风险，要求我们在为发电机补氢的过程中，要控制补氢速率，并监视氢气母管压力，避免供氢母管压力大幅度下降。

4 化容系统贯穿安全壳逆止阀异常的影响和预防措施

化容系统醋酸锌添加以及氢气添加子系统是从第一跨经相关房间贯穿进入安全壳，最终注入到一回路冷却剂系统。正常运行工况下，一回路冷却剂系统为15.41MPa的高压力，当锌添加泵停运以及高压氢气停运检修的时候，需要特别关注逆止阀的情况，一旦管路发生流体逆流，一回路的放射性介质就会旁通安全壳，突破第三道屏障，释放到环境中；同时如果系统检修有开口，那就相当于一个小LOCA，这是我们绝对不能接受的。这也是我们需要特别重视的风险点。

对于锌添加系统，假如该系统需要预防性检修执行隔离并疏水，虽然管道中有气动隔离阀、手动隔离阀和逆止阀，但由于一回路的压力太高，有可能一连串的阀门都有内漏的风险，因此，在打开阀门疏水前，我们可以采取措施进行验证阀门的严密性。当停运锌添加泵之后，泵下游维持一个高压，这时候打开再循环阀进行卸压，泵出口到逆止阀这一段的压力会很快降到大气压水平，再把再循环阀关上，如果管路阀门严密的话，泵出口压力不会变化，如果包括逆止阀在内的所有隔离阀都有泄漏，则压力会逐渐上升到一个高的水平，这时候就意味当前如果管道疏水的话，会造车一回路放射性介质流到环境。这时候应该重新评估工作的必要性，如果确实需要维修，则在确保安全的情况下进入安全壳将壳内的隔离关闭，同时需要通过验证手段确保阀门严密；如果工作可以排到大修窗口，则应该恢复锌添加泵运行。

高压氢气子系统有时候由于阀门或法兰漏氢也需要进行维修，维修前需要排空管道的氢气，在排氢的过程中，也需要警惕逆止阀叠加其它阀门内漏带来的一回路介质逆流的风险。由于气体可压缩性，不像醋酸锌水实体一样，压力变化明显，也就是说，我们通过压力验证的方法效果不明显。如果安全壳外的阀门不严，在条件允许的情况下将壳内的隔离阀关闭，同时仍然需要验证阀门的严密性，因为阀门不严逆流的是一回路高温的放射性水，因此可以对氢气管道缓慢卸压，并通过测量管道温度和放射性的变化及时判断有无一回路的水逆流到管道，如果发生逆流，应该停止氢气卸压，同时恢复高压氢气的添加，防止一回路放射性水进一步流出。

5 结束语

通过上述的总结和分析，可以看出，逆止阀虽小，但它的失效会为机组的安全运行带来不同程度的挑战，特别是跟一回路连接的系统，严重情况下威胁到核安全。在我们电厂，一些重要的逆止阀，如蓄压箱和正常余热排出系统出口逆止阀，会定期开展泄漏试验，验证这些逆止阀的严密性。但由于客观因素的限制，电厂还有更多的逆止阀没有定期验证，因此我们在隔离、切换设备等系列的运行操作中，要高度重视逆止阀异常的风险，并制定相应的预防措施，能够在发生异常时及时干预，将风险降到最低，保证电厂的安全得到应有的保障。