某核电厂应急柴油机超速保护空气罐爆破阀膜片破裂故障分析及改进

某核电厂应急柴油机超速保护空气罐爆破阀膜片破裂

故障分析及改进

叶光华

（福建宁德核电有限公司 福建宁德 355200）

摘要：某核电厂采用18PA6B型应急柴油机，该型号柴油机是我国从法国热机协会引进生产许可证，由国内自行生产，具有结构简单、维修方便等特点，广泛应用于核电站应急柴油发电机组、陆用电站等。某核电厂18PA6B应急柴油机频繁出现超速保护空气罐爆破阀破损漏气触发报警问题，本文针对该问题阐述了故障分析、判断与排除的方法及步骤，具体分析了故障的原因，最后为避免同类型柴油机出现类似问题提出了应对措施。

关键词：18PA6B柴油机 空气罐 爆破阀

0 前言

某核电厂采用成熟的中国改进型压水堆（CPR1000）技术，每台机组配备2台应急柴油机，机型均为18PA6B，其功能是在高压厂用变压器提供的正常电源和高压厂用辅助变压器提供的后备电源失效时，或者发生安注动作时，为相应的专设安全实施供电，以确保反应堆实现安全停堆，保障一回路压力边界的完整性，防止放射性物质向外泄漏。该电厂某台应急柴油机日常期间出现超速保护压缩空气罐爆破阀破损漏气触发报警问题，本文对导致该问题的原因进行了详细分析，并提出了相应的预防及改进措施。

1 故障概况

2021年3月，现场巡检发现某台应急柴油机超速保护空气罐内压缩空气大量外泄，空气罐压力持续下降并触发压力低报警，已影响柴油机超速保护及应急起动功能。专业现场检查后发现，超速保护空气罐上的爆破阀膜片破损。经过紧急更换膜片后故障得以消除，恢复了应急柴油机的安全功能。

2 故障检查经过及原因分析

2.1总体分析

该爆破阀由法国某D公司生产，阀体及膜片为不锈钢材质，安装在应急柴油机超速保护空气罐上，主要功能为保护超速空气罐，防止空气罐超压。日常巡检未发现异常情况。下面将从系统设计、运行工况、维修过程、备件质量、结构设计等方面可能原因逐一进行分析。

2.1.1超速保护回路系统设计

应急柴油机超速保护回路包括超速保护模块、电磁阀、压缩空气罐、爆破阀、超速滑阀等组成。在柴油机运行发生超速时，超速保护模块发出指令给电磁阀，电磁阀动作将超速保护空气罐内的压缩空气通往超速滑阀，使滑阀动作切断燃油供应，进而促使柴油机停机，以达到保护柴油机的目的其中爆破阀型号为DM80MX006M，该阀门由阀体、不锈钢金属膜片和阀盖组成，爆破膜采用反拱形设计，凸面处于压力系统的高压侧，动作时因压缩失稳而翻转破裂或脱落，以防止超速保护罐超压。该爆破阀膜片设计爆破压力为4900±400kPa。因此可以排除紧系统设计问题导致的爆破阀故障。

2.1.2柴油机运行工况

爆破阀安装在超速保护空气罐上，超速保护罐与主启动罐采用串联连接，两者压力一致。气罐内压缩空气均由独立空压机提供，查询空压机运行时间及主控触发报警时间，可以推断出该爆破阀在空压机启动给主启动空气罐充压过程中发生破损漏气。根据应急柴油机压缩空气系统设计要求，超速保护空气罐及主启动空气罐的工作压力范围为3400~4000kPa，远低于爆破阀爆破压力。同步检查压力开关动作正常，可以正常控制空压机启停。

因此，可以排除空压机超压运行导致超速保护罐内压力超压进而引发爆破阀破损。

2.1.3爆破阀维修过程

根据爆破阀维修大纲要求，每3C对爆破阀内膜片进行预防性检查及更换，该爆破阀在上一次大修期间更换了整阀备件，其中膜片为2020年12月初到货的新备件，该膜片安装紧固力矩为90N.m，备件安装前经过离线打压试验，试验结果合格。安装过程QC进行了见证，确保膜片安装方向正确（凹面朝上）。因此可以排除维修过程错误导致爆破阀破损。

图1. 爆破阀结构图

2.1.4 膜片备件质量

该爆破阀内膜片采用反拱形设计，其材质为X2CrNiMo17-12-2，通过冲压成型，并在平面位置预制刻线；该批次爆破阀膜片共生产19个，厂家只从该批次中抽检4个进行爆破试验，未对每个爆破阀膜片进行密封性能试验，不满足《GB/T12242-2005压力释放装置 性能试验规范》中“6.4密封试验”要求。备件出厂试验无法包络现场爆破阀实际运行工况。

为进一步证实膜片备件质量，对同批次膜片的19个备件进行压力测试，累积6个出现破裂故障。根据《GB/T 567-2012爆破片安全装置》中“反拱带槽型爆破片爆破时无碎片”的要求，该爆破阀破损后其膜片形态与上述国标要求显然不符。综上分析，可以判定燃油日用油罐油位下降直接原因为喷油泵泄漏。

2.1.5膜片结构设计

测量爆破阀内膜片外径约为31.70mm，阀体上膜片安装底座内径约为31.98mm，膜片安装后测量膜片与阀座的间隙最大值约为0.28mm，而膜片预制刻线与冲压弯折处最大距离仅为0.31mm。结合膜片安装蓝油试验分析，膜片预制刻线与底座非常贴近，加上膜片安装难以完全居中，促使膜片受力不均，加速膜片破裂。

爆破膜与安装底座有效接触面环带的宽度约为2mm，从历次检修更换下的旧膜片状态，并结合膜片蓝油试验分析，膜片安装紧固后存在不同程度的变形。

图2. 爆破阀尺寸测量及蓝油试验

2.2故障确定

通过上述分析，可以判断爆破阀膜片备件质量稳定性差是导致爆破阀破损漏气的根本原因，同时膜片备件出厂试验项目不完善，未对每个备件进行压力及密封性测试，叠加爆破阀及膜片结构结构设计不合理，促进了爆破阀破损故障的发生。

3 预防及改进措施

在应急柴油机运行和维护方面，为避免类似故障再次发生，现场应加强巡视，在故障未彻底根治前，采购新备件，同时要求厂家对所有新膜片备件进行压力及密封性能测试，测试合格后再使用。

从应急柴油机组安全功能角度出发、切实提升设备可靠性角度考虑，建议将爆破阀更换为弹簧式安全阀，彻底规避爆破阀破损导致超速保护罐大量漏气问题。

参考文献

[1]中国国家标准化管理委员会.爆破片安全装置.GB/T 567-2012.北京：中国标准出版社

[2]中国国家标准化管理委员会. 压力释放装置 性能试验规范. GB/T12242-2005.北京：中国标准出版社

[3]中国国家标准化管理委员会. 钢制压力容器第1部分：通用要求 GB150.1-2011.北京：中国标准出版社