主蒸汽隔離閥自主調試研究
主要介紹了CPR1000核電站主蒸汽隔離閥的工作原理及結構、閥門(mén)的調試方法及調試過(guò)程中遇到的問(wèn)題與處理方法，并提出了相關(guān)意見(jiàn)和建議，希望對后續項目中進(jìn)行該閥調試時(shí)有所幫助。
主蒸汽隔離閥由于其功能特殊且重要，同時(shí)由于閥門(mén)體積龐大、控制回路和控制邏輯復雜，調試過(guò)程復雜且難度大，通過(guò)對某核電站3/4號機組主蒸汽隔離閥的調試發(fā)現了很多典型問(wèn)題，經(jīng)過(guò)專(zhuān)項研究和實(shí)踐得到了及時(shí)有效的處理。
一、主蒸汽隔離閥介紹
某核電站3/4號機主蒸汽隔離閥使用的是EDWARD美國FLOWSERVE產(chǎn)品，為“等楔”型雙板閘閥。執行機構由一個(gè)與氮氣貯罐相連接的液壓缸組成(當環(huán)境溫度為40℃主蒸汽隔離閥打開(kāi)時(shí)，壓力為18.3MPa.a)，貯罐內的氮氣如同不會(huì )失效的關(guān)閉彈簧，使閥門(mén)關(guān)閉不需任何其他動(dòng)力。反之，為開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)要用一套帶油壓氣動(dòng)泵的液壓系統(主蒸汽隔離閥開(kāi)啟時(shí)，液壓油的名義壓力為21.4MPa.a)提供足夠的能量來(lái)克服氮氣壓力，以便開(kāi)啟隔離閥。
1、主蒸汽隔離閥作用
(1)實(shí)施主蒸汽隔離。發(fā)生蒸汽管線(xiàn)破裂事故時(shí)，主蒸汽隔離保護動(dòng)作快速關(guān)閉，將有效地限制不可控的蒸汽流失，減少向一回路引入過(guò)多的正反應性，同時(shí)避免另外兩臺正常蒸發(fā) 器的意外排空;如果破口發(fā)生在主蒸汽隔離閥的下游，將直接切除事故源頭;如果破口在安全殼內，也減少了向安全殼內排放的蒸汽總量，避免安全殼完整性受到破壞。
(2)作為第三道屏障——安全殼的一部分。主蒸汽管道穿越安全殼，主蒸汽隔離閥及其上游管線(xiàn)是安全殼的自然延伸。而蒸汽發(fā)生器的管板和傳熱管是一回路壓力邊界，是防止放射性釋放第二道屏障。如果發(fā)生蒸發(fā)器破管，一回路放射性將直 接排放到二回路，此時(shí)主蒸汽隔離閥關(guān)閉配合其他隔離措施，將起到防止放射性釋放第三道屏障的作用。
2、主蒸汽隔離閥組成
主蒸汽隔離閥由主蒸汽隔離閥本體、開(kāi)閥壓力油回路、關(guān)閥排油回路和氣動(dòng)油泵回路組成。
(1)主蒸汽隔離閥參數。設計壽命：40年;閥門(mén)高度：3302mm;閥門(mén)長(cháng)度：1626mm;閥門(mén)總重：7300kg;閥門(mén)行程：521mm;執行機構行程：550mm開(kāi)啟時(shí)間：6min;快速關(guān)閉：≤5s;慢速關(guān)閉：3min;正常狀態(tài)可以是全關(guān)或全開(kāi)，但不建議處于中間位置、失電、失氣或事故狀態(tài)關(guān)閉。
(2)主蒸汽隔離閥本體組成。貯氣器：充198barN2，貯罐中裝的氮氣可被看作是不會(huì )失效的關(guān)閉彈簧，當壓力小于111bar.g時(shí)氣壓低報警;油缸：充油時(shí)開(kāi)閥，排油時(shí)關(guān)閥;閥體：閘閥——對稱(chēng)鍥行雙閘板;活塞：連同閥桿帶動(dòng)閥門(mén)開(kāi)關(guān)。
(3)開(kāi)閥壓力油回路組成。油泵出口油管路;閥門(mén)油缸;油壓安全閥：定值325bar。
(4)油壓貯壓器：作為壓力油油溫變化引起油壓變化時(shí)緩沖箱。
(5)關(guān)閥排油回路組成。主蒸汽隔離閥有兩條回油管線(xiàn)，每條管線(xiàn)有一個(gè)控制分配器(251/271DR)用于關(guān)閉MSIV，由先導電磁閥(251/271EL)控制。一個(gè)試驗分配器(VVP261/281DR)用 于控制閥門(mén)快關(guān)和慢關(guān)，由其先導電磁閥(261//281EL)控制，流量控制閥(291/301VH)在任何上游壓力狀態(tài)下保持關(guān)閉速度基 本不變;先導電磁閥(251/261/271/281EL)由電磁線(xiàn)圈和彈簧控制其位置;控制和試驗分配器(251/261/271/281DR)由先導油壓和彈簧控制其位置。
3、主蒸汽隔離閥動(dòng)作原理(圖1)
圖1 主蒸汽隔離閥工作原理圖
(1)MSIV執行機構是一只與氮氣貯罐相連的液壓缸：貯罐內氮氣壓力為198bar a，其作用是使閥門(mén)關(guān)閉;為了開(kāi)啟閥門(mén)，設置了一套氣動(dòng)油壓泵操作系統，它將液壓缸內的油壓增加以克服氮氣壓力，開(kāi)啟閥門(mén);當需要開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)氣動(dòng)泵啟動(dòng)，開(kāi)始向油缸活塞的下部注油，克服氮氣壓力把活塞向上推以開(kāi)啟閥門(mén);當油側的壓力等于氣側壓力的60倍時(shí)，油側活塞與氣側活塞達到平衡，氣動(dòng)泵停止工作，閥門(mén)全開(kāi)。
(2)該閥還在ECP(緊急操作)盤(pán)設置有快速關(guān)閥按鈕，遇有緊急情況需要關(guān)閥時(shí)只需按下ECP盤(pán)上的主蒸汽隔離信號按鈕，閥門(mén)就會(huì )在5秒內關(guān)閉，實(shí)現隔離一、二回路的功能。
(3)在關(guān)閉MSIV時(shí)，只需切斷氣動(dòng)油泵的氣源(211EL斷電)，并泄掉油壓即可。
(4)泄壓回路有兩條(A/B兩列)：A列由控制分配器251DR和試驗分配器261DR組成，B列由控制分配器271DR和試驗分配 器281DR組成，每個(gè)分配器由各自電磁閥控制。
(5)開(kāi)關(guān)閥門(mén)時(shí)各電磁閥狀態(tài)如表1所示。
表1 主蒸汽隔離閥各種工作狀態(tài)下電磁閥工作情況
4、主蒸汽隔離閥動(dòng)作邏輯(圖2)
圖2 主蒸汽隔離閥動(dòng)作邏輯
(1)當主蒸汽管線(xiàn)暖管完成后主蒸汽隔離閥上下游壓差小于3bar時(shí)，可以通過(guò)主控室電腦上VVP系統畫(huà)面或BUP(后備操作)盤(pán)來(lái)開(kāi)啟主蒸汽隔離閥。
(2)在畫(huà)面上的操作：調出VVP系統畫(huà)面，點(diǎn)擊對應閥門(mén)圖標后會(huì )彈出一個(gè)操閥對話(huà)框，在開(kāi)閥條件滿(mǎn)足情況下會(huì )顯示角向右的三角形，點(diǎn)擊三角形后并點(diǎn)擊“execute”后開(kāi)閥指令發(fā)出，就地閥門(mén)會(huì )自動(dòng)開(kāi)啟到全開(kāi)位置;關(guān)閥操作相似。
(3)如果在BUP盤(pán)上進(jìn)行操作，需要將轉化開(kāi)關(guān)打到“BUP”位置，然后在BUP盤(pán)上找到操作的閥門(mén)按鈕，同時(shí)按下“開(kāi)按鈕”和“BUP盤(pán)上的允許操作按鈕”至開(kāi)閥燈閃爍后放開(kāi)，閥門(mén)就會(huì )自動(dòng)開(kāi)啟至全開(kāi)位，關(guān)閥操作相似。
(4)做10%關(guān)實(shí)驗時(shí)，只需在VVP系統畫(huà)面上點(diǎn)擊“SELECT”和“TEST”按鈕后閥門(mén)部分關(guān)閥指令發(fā)出，在檢測關(guān)到10%信號(SM7行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作)后閥門(mén)會(huì )自動(dòng)開(kāi)啟至全開(kāi)位。如10%位開(kāi)關(guān)壞的情況下，邏輯會(huì )在實(shí)驗指令發(fā)出后20秒自動(dòng)發(fā)開(kāi)閥指令，防止閥門(mén)全關(guān)而導致機組停運。
5、氣動(dòng)泵工作原理
(1)氣動(dòng)液壓泵向泵側集管打入壓力油，本泵的工作基于力平衡原理，低壓的壓縮空氣作用在一個(gè)較大面積的活塞面上(1∶60)，高壓的流體作用在一個(gè)面積較小的活塞上來(lái)平衡壓縮空氣的力。
(2)當兩端力平衡的時(shí)候，泵停止運轉。當液壓回路由于泄漏壓力降低，這就造成泵自動(dòng)運轉來(lái)補償泄漏的流體。
(3)通過(guò)控制壓縮空氣的壓力，液壓回路的壓力下限將被自動(dòng)控制。調節204VA來(lái)調節空氣壓力，正常運行時(shí)這個(gè)壓力是不調節的，調試過(guò)程中調節好后需要將這個(gè)閥門(mén)鎖死。
二、主蒸汽隔離閥的調試
1、調試先決條件及工器具的準備
(1)邏輯控制通道試驗(TP09)先決條件：閥門(mén)本體機務(wù)部分和電儀部分已安裝完成，電儀部分相關(guān)設備接線(xiàn)已完成且檢查合格;系統TOB流程已完成，調試票已拿到手;儀控已按設計圖紙完成上位畫(huà)面組態(tài)和下位邏輯組態(tài)且DCS可用;電話(huà)通訊可用。
(2)主蒸汽隔離閥控制試驗(TP12)先決條件：邏輯控 制通道試驗(TP09)完成并合格;油箱內油質(zhì)化驗合格;閥門(mén)上氮氣罐壓力在110Bar以上;閥門(mén)進(jìn)氣管道已連接且壓縮空氣可用。
(3)工器具的準備：先決條件滿(mǎn)足的情況下，進(jìn)行閥門(mén)調試時(shí)需要準備與閥門(mén)相關(guān)的接線(xiàn)圖和邏輯圖，萬(wàn)用表一塊，8mm的套筒扳手一把，手電筒一只，250mm活動(dòng)扳手一把，梅花和一字螺絲刀各一把，信號短接線(xiàn)一根。
2、調試人員安排
(1)閥門(mén)就地至少安排2個(gè)人，其中一人必須熟悉閥門(mén)工作 原理和各控制部件的接線(xiàn)，能正確找到圖紙上標注的接線(xiàn)端子及閥門(mén)相關(guān)控制部件位置，熟知信號不能送到主控室時(shí)在就地 應如何進(jìn)行檢查和處理的方法，能熟練調節行程開(kāi)關(guān)位置等。
(2)主控室至少安排2人，其中一人必須能夠看懂邏輯圖， 在出現指令發(fā)不出去時(shí)能熟練進(jìn)行處理，熟知在指令發(fā)出后需要的反饋信號，熟知閥門(mén)操作步驟和熟悉相關(guān)試驗程序，熟悉 DCS機柜接線(xiàn)的查找方法等。
3、TP09—邏輯通道驗證的試驗目標
該試驗由于閥門(mén)實(shí)際不動(dòng)作，是通過(guò)主控室發(fā)出控制指令，根據控制邏輯圖的要求在就地模擬需要的反饋信號，驗證閥門(mén)的開(kāi)啟、慢關(guān)、快關(guān)和部分關(guān)時(shí)電磁閥的帶電情況是否正確。
(1)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)驗證：212EL帶電，252/262/272/282EL失電。
(2)閥門(mén)A/B列慢關(guān)時(shí)驗證：212EL失電，A列252/262EL帶電，B列272/282EL帶電。
(3)閥門(mén)A/B列部分關(guān)時(shí)驗證：中間限位開(kāi)關(guān)SM7未動(dòng)作前，212EL失電，A列252/262EL帶電，B列272/282EL帶電，閥門(mén)往下關(guān);SM7動(dòng)作后，212EL帶電，A列252/262EL失電，B列272/282EL帶電，閥門(mén)開(kāi)啟。
(4)A/B列部分關(guān)時(shí)SM7故障，閥門(mén)只能往下關(guān)20s然后自動(dòng)開(kāi)啟驗證：在做部分關(guān)閉試驗時(shí)，人為模擬SM7故障，閥門(mén)從部分關(guān)指令發(fā)出后開(kāi)始計時(shí)，20s計時(shí)未到前：212EL失電，A列252/262EL帶電，B列272/282EL帶電，閥門(mén)往下關(guān);20s計時(shí)到后：212EL帶電，A列252/262EL失電，B列272/282EL失電，閥門(mén)開(kāi)啟。
(5)閥門(mén)A/B列快關(guān)時(shí)驗證：212EL失電，252EL/272EL帶電，262EL/282EL失電。
4、TP12—系統無(wú)蒸汽時(shí)動(dòng)作閥門(mén)的試驗目標
在TP09邏輯驗證正確，現場(chǎng)閥門(mén)油箱加油完成、油質(zhì)合格、氮氣罐(蘑菇頭)充N(xiāo)2壓力滿(mǎn)足試驗要求，閥門(mén)操作時(shí)不影響系統上下游安全后，可進(jìn)行TP12實(shí)際動(dòng)作閥門(mén)。該試驗的目標如下：驗證閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間<=360s，如果不滿(mǎn)足時(shí)間要求，需要調整進(jìn)氣壓力;驗證閥門(mén)開(kāi)啟行程為521MM;驗證閥門(mén)慢關(guān) 時(shí)間<=180s，如果不滿(mǎn)足實(shí)間要求，需要調節泄油閥的開(kāi)度;驗證閥門(mén)快關(guān)時(shí)間<=5s，如果不滿(mǎn)足時(shí)間要求，需要檢查N2壓力是否滿(mǎn)足要求及泄油回路是否通暢;驗證閥門(mén)SM7動(dòng)作正常時(shí)部分關(guān)情況：在做部分關(guān)過(guò)程中，閥門(mén)往下關(guān)到中間限位開(kāi)關(guān)SM7動(dòng)作后，閥門(mén)能自動(dòng)開(kāi)啟;驗證閥門(mén)動(dòng)作行程50+25/-5MM;驗證閥門(mén)SM7故障，閥門(mén)往下關(guān)20s時(shí)部分關(guān)動(dòng)作情況：SM7故障的情況，部分關(guān)指令發(fā)出后，邏輯里的計時(shí)模塊開(kāi)始自動(dòng)計時(shí)，計時(shí)時(shí)間達到20s后閥門(mén)能自動(dòng)開(kāi)啟;驗證閥門(mén)動(dòng)作行程50+25/-5MM.。
5、調試過(guò)程
(1)邏輯控制通道試驗(TP09)。
1)在進(jìn)行TP09之前必須先按照接線(xiàn)圖紙核對電磁閥、行程開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)的接線(xiàn)，保證接線(xiàn)正確：就地一組人員帶上除萬(wàn)用表以外的其他工器具，到就地后先檢查閥門(mén)外觀(guān)是否有損壞，相應零部件是否完好可用，轉接箱是否完好，電纜端接是否完成，壓縮空氣進(jìn)氣閥門(mén)是否關(guān)嚴，電話(huà)通訊是否可用等;在主控室一組人員帶上萬(wàn)用表，根據接線(xiàn)圖紙找到所調閥門(mén)信號接線(xiàn)機柜。就地一組人員用短接線(xiàn)短接信號，主控室一組人員在 DCS機柜后用萬(wàn)用表檢測信號是否正確。
2)信號核對完成且均正確后，聯(lián)系儀控人員給控制卡件上電，同時(shí)檢查畫(huà)面組態(tài)是否已完成。
3)按照圖紙找到閥門(mén)電磁閥電源柜并上電，按照TP09程序要求逐一進(jìn)行邏輯控制通道試驗，試驗過(guò)程需要儀控人員一直配合。主要操作就是通過(guò)主控室發(fā)出指令，就地人員檢查相應電磁閥是否動(dòng)作，而主控室人員查看畫(huà)面上對應反饋信號是否正確。如反饋不正確則需要檢查是指令沒(méi)有發(fā)出，還是指令發(fā)出 后反饋不正確，然后進(jìn)行相應處理。
(2)主蒸汽隔離閥控制試驗(TP12)。
1)在TP12先決條件已滿(mǎn)足的情況下，首次動(dòng)作閥門(mén)需要閥門(mén)廠(chǎng)方專(zhuān)家到場(chǎng)，經(jīng)其檢查閥門(mén)本體無(wú)任何問(wèn)題后才能開(kāi)始動(dòng)作閥門(mén)。
2)檢查閥門(mén)壓縮空氣進(jìn)氣閥組已打開(kāi)且確保壓縮空氣可用，閥門(mén)本體泵側/非泵則進(jìn)油手閥已開(kāi)啟。由于閥門(mén)初始位置是全關(guān)位，所以首次操作是先由主控操作員給開(kāi)閥指令，就地人員觀(guān)察閥門(mén)上壓縮空氣進(jìn)行壓力表指示是否在4Bar左右，如偏差過(guò)大則需要調節減壓閥。就地觀(guān)察閥門(mén)開(kāi)啟是否正常，如發(fā)現異常應立即將壓縮空氣進(jìn)氣閥關(guān)閉，同時(shí)通知主控室 取消開(kāi)閥指令。只有在處理好缺陷后才能進(jìn)行下一次動(dòng)作閥 門(mén)操作。
3)主蒸汽隔離閥控制試驗(TP12)主要包括開(kāi)閥、緩慢關(guān)閥、快速關(guān)閥幾個(gè)過(guò)程。開(kāi)閥和緩慢關(guān)閥可通過(guò)KIC和BUP盤(pán)上的按鈕進(jìn)行操作，而快速關(guān)閥則通過(guò)ECP盤(pán)操作實(shí)現。
6、調試過(guò)程中發(fā)現的問(wèn)題及處理方法
(1)邏輯控制通道試驗(TP09)。
1)氮氣壓力開(kāi)關(guān)接線(xiàn)錯誤。應該接常閉點(diǎn)而現場(chǎng)卻接成了常開(kāi)點(diǎn)。反饋給安裝電儀的人員進(jìn)行更改。
2)10%位行程開(kāi)關(guān)接線(xiàn)錯誤。應該接常閉點(diǎn)而現場(chǎng)卻接成了常開(kāi)點(diǎn)。反饋給安裝電儀的人員進(jìn)行更改。
3)畫(huà)面報警信號連接點(diǎn)名錯誤。反饋給儀控人員進(jìn)行更改。
4)由于現場(chǎng)信號轉接盒安裝位置狹窄、需要同時(shí)檢查的電磁閥數量多達5個(gè)，如果按照通用做法使用過(guò)萬(wàn)用表檢查電磁閥是否動(dòng)作將導致試驗無(wú)法進(jìn)行。通過(guò)對試驗過(guò)程和需要驗證 的內容進(jìn)行充分分析和實(shí)踐，自制發(fā)明了一個(gè)帶燈的試驗裝置(見(jiàn)圖3)，在試驗燈下標注了電磁閥編號。試驗時(shí)將試驗裝置 的鱷魚(yú)夾夾在相應電磁閥的接線(xiàn)柱上，當主控室發(fā)出開(kāi)啟、慢關(guān)、快關(guān)、部分關(guān)指令時(shí)，只需觀(guān)察試驗裝置上的對應燈是否變亮來(lái)判斷電磁閥是否帶電(工作原理見(jiàn)圖4)，大大提高了工作效率和減少了調試人員的工作量。
圖3 試驗過(guò)程中使用的自制工具
圖4 自制試驗裝置原理圖
5)TRAIN A到TRAINB指令不能進(jìn)行通訊，聯(lián)系儀控人員檢查發(fā)現線(xiàn)未接到對應卡件通道。
6)邏輯里的”TEST”按鈕給的是長(cháng)指令，需要給2秒脈沖指令，這樣可防止在做10%活動(dòng)試驗時(shí)，由于未及時(shí)復位TEST按鈕而導致閥門(mén)不斷來(lái)回動(dòng)作，給機組運行造成不必要的影響。
(2)主蒸汽隔離閥控制試驗(TP12)。
1)在進(jìn)行3號機主蒸汽隔離閥調試時(shí)，3個(gè)閥門(mén)油箱油質(zhì)化驗均不合格。將不合格油放掉并注入新油，加入的油質(zhì)通過(guò)取樣化驗后合格。
2)#3號機三臺主蒸汽隔離閥關(guān)限位行程接線(xiàn)錯誤，將常開(kāi)點(diǎn)接成了常閉點(diǎn)，反饋給電儀安裝更改接線(xiàn)。
3)#4號機002VV在調試運行過(guò)程中發(fā)生氣動(dòng)泵上有一個(gè)消音器脫落后噪音非常大，找到脫落的消音器重新安裝好并檢查另外2臺閥門(mén)，發(fā)現其消音器也沒(méi)有緊固，將所有消音器緊固一遍防止其脫落。
4)#4號機003VV的273DL由于進(jìn)水后將接線(xiàn)端子銹蝕脫落，導致4號機003VV調試時(shí)缺少273DL，在開(kāi)啟閥門(mén)前詢(xún)問(wèn)廠(chǎng)方人員273DL沒(méi)有安裝開(kāi)啟時(shí)會(huì )不會(huì )漏油，其回答不會(huì )，但一開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)馬上有油從273DL從噴出，馬上關(guān)閉進(jìn)氣閥門(mén)防止油泄漏。后從運營(yíng)公司找配件安裝后調試正常。
5)#4號機003VV調試過(guò)程中，由于10%位沒(méi)有反饋信號，廠(chǎng)方人員進(jìn)行了調整，由于調節距離過(guò)近導致在開(kāi)閥時(shí)將行程開(kāi)里面的彈簧頂斷而失效，后領(lǐng)取備件更換后調試正常。
6)#3號機行程開(kāi)關(guān)電纜由于長(cháng)期運行在高溫環(huán)境導致電纜外皮出現龜裂現象，目前等設計院出更改換耐高溫電纜圖紙。
三、結論
目前使用上述方法調試過(guò)的某核電站3/4號機主蒸汽隔離閥工作正常，主蒸汽隔離閥經(jīng)歷了商運前的168小時(shí)運行考驗合格，進(jìn)一步證明了上述采用調試方法和手段是有效、適用的。主蒸汽隔離閥是作用特殊且重要的關(guān)鍵設備，調試過(guò)程中一定要認真做好每一個(gè)環(huán)節，遇到問(wèn)題要認真分析和對待，積極想辦法解決問(wèn)題。
本文總結的調試某核電站3/4號機主蒸汽隔離閥時(shí)遇到的典型問(wèn)題及處理方法可作為CPR1000堆型核電站后續相同及相關(guān)工作的參考和借鑒，并推廣使用。
