华龙一号稳压器安全阀故障模式分析及检修方案优化

华龙一号稳压器安全阀故障模式分析及检修方案优化

沈杰、高攀、卢炀韬、方艺勇、王运喜、詹瑜滨

中核国电漳州能源有限公司 福建 漳州 363300

摘要：华龙一号稳压器安全阀是保证核电厂安全运行的关键三新设备。本文通过对稳压器安全阀的工作原理及结构分析，根据不同的机组状态分别进行故障分析，确定故障原因，为检修工作提供理论依据。并围绕故障失效点，优化检修思路，提高检修效率。

关键词：稳压器安全阀、泄漏、DCM

引言

稳压器安全阀[1]是防止一回路超压的重要设备。安全阀整定压力是安全阀的重要性能指标。为使机组安全稳定的运行，快速定位安全阀定值漂移的根本原因，是提高检修效率的有效手段。本文针对安全阀定值漂移进行故障模式分析，并对检修方案的优化进行讨论。

一、设备概述

稳压器安全阀是核电站关键设备之一，位于稳压器顶部，对一回路系统起超压保护功能。共有三个阀组，每个阀组由一台保护阀和一台隔离阀组成，华龙一号稳压器安全阀是Trillium Flow Technologies France SAS公司在冷态方案上进行优化后的新型产品，称之为热态先导式安全阀[2]。设计压力17.23MPa.a，设计温度360℃，最大额定排量为205t/h。

图1、稳压器安全阀

二、工作原理

DCM即先导式安全阀的导阀，是控制先导式安全阀准确开启，稳定排放，适时回座，可靠密封的核心部件。DCM分为三个大部分，Detection head、Needle part、Volume 5 part。DCM结构如图2所示。

图2.DCM

根据系统压力平台，可将稳压器安全阀状态分为以下几个阶段：

（1）阶段一：DCM未动作阶段

该阶段是机组正常工作情况下，系统压力低于安全阀的开启压力的状态，由于DCM的上三通R2关闭，R1开启，下三通R2关闭，R1开启，主阀阀头压力与系统管线压力相同，但由于主阀阀头的横截面积S大于阀芯与阀座的密封横截面积s，假设此时系统压力为P，故此时形成了一个压差F=F1-F2=P×(S-s)，保证安全阀在达到开启压力时有良好的密封效果，保证了第三道屏障的完整性。

图3.DCM状态（P＜Pset）

（2）阶段二：当系统压力上升至安全阀的开启压力过程中，DCM阀头波纹管组件受压膨胀，带动针阀继续向上运动，球体和针阀的密封面脱开，即R2打开，与此同时volume 5中的介质开始通过针阀内部的流道排放，这使得波纹管组件在弹力的作用下向下运动，此时主阀阀头的压力由于DCM下三通R1关闭，阀头压力与系统压力不再一致上升。当volume 5中的压力完全排放完全后，即DCM的下三通R2打开，阀头压力经控制管线由波纹管组件的流道排出，安全阀开始开启，安全阀在系统压力的作用下打开。

图4.DCM状态（P≥Pset）

（3）阶段三：系统压力下降至回座压力。当安全阀全开后，系统压力持续下降，阀头波纹管组件收缩，向下推针阀，使得针阀重新与球密封，即DCM上三通的R2关闭，R1重新打开。当volume 5底部的压力完全建立时，DCM下三通的R2关闭，R1打开，此时引压管线的压力重新经控制管线进入主阀阀头，主阀阀头压力与系统压力再次保持一致，主阀阀头压力推动阀芯向下运动，安全阀重新建立密封。

图5.DCM状态（安全阀起跳后回座）

三、故障模式分析

通过收集国内核电站稳压器安全阀的运行调试经验反馈，稳压器安全阀常见的故障主要为定值漂移，故以下主要对定值漂移的故障模式进行分析。根据上述工作原理的介绍，可按照不同的压力平台分别对稳压器安全阀的故障模式进行分析。

（1）当系统压力小于安全阀起跳压力时，此时DCM状态如图7所示。

图6.DCM状态（P＜Pset）

故障现象1：DCM排放管温度异常升高

故障分析：根据此时DCM状态，上三通R1开启，R2关闭，如R2密封面存在泄漏，将导致DCM排放管温度升高；

下三通R1开启，R2关闭，如R2密封面存在泄漏，将导致DCM排放管温度升高。如R2密封面泄漏严重，将导致主阀阀头压力降低，安全阀将提前开启；

正常运行时，电磁阀为失电状态，如电磁阀密封面存在泄漏，将导致DCM排放管温度升高。

综上所述：故障原因有上三通R2密封面存在泄漏；下三通R2密封面存在泄漏；电磁阀密封面存在泄漏。

（2）当系统压力大于安全阀起跳压力时，此时DCM状态如图8所示。

图7.DCM状态（P＞Pset）

故障现象1：DCM排放管温度异常升高

故障分析：根据此时DCM状态，上三通R1关闭，R2开启，如R1密封面存在泄漏，将导致DCM排放管温度升高。如R1泄漏严重时，可能压缩下三通的波纹管组件，使下三通R1开启，R2关闭，此时主阀阀头压力升高，安全阀将提前关闭；

下三通R1关闭，R2开启，如R1密封面存在泄漏，将导致DCM排放管温度升高。如R1泄漏严重时，排放管不足以将主阀阀头介质排空，将导致主阀阀头压力升高，使安全阀提前关闭；

正常运行时，电磁阀为失电状态，此时电磁阀流道内应无介质，如电磁阀排放管温度升高，应检查上三通R1的密封情况。

综上所述：故障原因有上三通R1密封面存在泄漏；下三通R1密封面存在泄漏。

小结：DCM作为华龙一号稳压器安全阀的控制部件，是影响安全阀整定压力的主要部分。通过上述分析，造成安全阀定值漂移的主要原因多为上、下三通R1、R2的密封情况。电厂可通过实际故障现象，确定故障原因，制定处理措施。

四、检修方案优化

通过第三章对稳压器安全阀故障模式的分析，可见DCM组件内部上、下三通的密封性能与安全阀的设备可靠性息息相关。

经调研国内各核电站的检修方案，在DCM解体检查上、下三通的密封面时，由于工器具的限制，仅能通过目视检查判断密封面是否合格。且验证密封面是否存在泄漏，需将DCM组件重新进行组装，通过试验台打压，检查DCM的泄漏情况。DCM组件结构复杂，装配精密，仅组装1台DCM并进行压力试验就需花费约1天的工期，如试验发现DCM泄漏，则需对DCM进行解体，对密封面进行研磨，并重新进行压力试验。整体工期长，严重影响核电厂大修工期。

故可设计一DCM模块化密封性试验装置，在DCM解体后，分别对DCM组件上、下三通的密封性能进行检查，具体方案如下：

专用工具具体由如下部件组成：

1)固定块：在压力试验时用于固定DCM上、下三通组件；

2)进排水管线接头：为螺纹式快速接头，用于与打压台连接，控制水压试验介质的进出；

3)调节螺母：可调整下三通波纹管组件及上三通针阀波纹管组件的压缩量，分别对R1、R2密封面进行验证；

4)密封件：保证试验装置的密封性。

图8.热态先导式安全阀DCM模块化密封性试验装置（下三通组件）示意图

图9.热态先导式安全阀DCM模块化密封性试验装置（上三通组件）示意图

在完成对热态先导式安全阀DCM组件进行解体后，分别将DCM的上三通组件、下三通组件安装至密封性试验装置中。固定块内开有流道孔。固定待测组件后，将打压台与试验装置管线接头连接，对待测组件打水加压，观察DCM组件排水口是否有水排出，从而验证DCM上、下三通组件密封面的密封性能。可通过紧固/松开调节螺母调整波纹管组件的压缩量，分别对R1、R2密封面质量进行验证。完成DCM上、下三通组件各个密封面的验证后，即可组装DCM组件。

使用热态先导式安全阀DCM模块化密封性试验装置，其操作方便，无需对DCM组件整体进行组装，即可对DCM上三通、下三通部分的密封性能进行检验，极大的提高了阀门的检修效率。

五、结语

稳压器安全阀作为核电厂CC1设备，在某电厂由于安全阀定值漂移问题被列为TOP10缺陷，危及机组安全稳定运行。分析故障现象，确定故障原因，及时制定有效检修方案，是维护设备可靠运行的根本手段，可作为制定预防性维修工作的重要来源。

参考文献

[1] GJB 5294-2004. 核动力装置用双功能引导式安全阀规范 [S]. 北京：国防科工委军标出版社出版，2004.

[2] 华龙一号和M310机组稳压器安全阀比较分析[J] 通用机械，2016.