核电厂核级隔离阀泄露的应对和管理Response and management of external leakage of nuclear isolation valves in nuclear power plants

刘岩

摘要：某核电厂日常期间，机组处于反应堆功率运行模式下，蒸汽发生器二次侧液位计一次隔离阀出现中法兰泄露。本文探究泄露的隔离阀的失效原因及紧急应对措施，同时为同型号核级隔离阀制定反馈行动，以确保核电机组的安全稳定运行。

Abstract：During the daily operation of a nuclear power plant, the unit was in the reactor power operation mode, and the primary isolation valve of the level gauge at the secondary side of the steam generator leaked. This paper explores the failure causes and emergency response measures of the leaking isolation valve, and develops feedback actions for the same type of nuclear-grade isolation valve to ensure the safe and stable operation of nuclear power units.

关键词：核电厂；核级隔离阀；中法兰泄露；应对措施；管理

Keywords：nuclear power plant;nuclear isolation valve; leakage of bonnet flange;feedback actions;management;

1、引言

核电站运行人员日常巡盘发现核岛地板疏水槽内液位出现液位异常上涨情况，地板疏水坑内的抽水泵根据液位自动排水，该泵自动启动的频率显著增大。运行人员进一步监视并排除了主要来水的包括换料水箱、设备冷却水头箱泄露的因素，同时监测一回路泄漏率并未出现异常变化。

随着进一步的排查，通过操控摄像机器人进入RX厂房，根据异常来水声音和缩小范围的检查，发现一环路蒸发器二次侧液位计的一次隔离阀出现漏水的现象。后续后撤机组运行模式，检修人员进入RX厂房对泄漏阀门进行消缺处理。泄露的阀门不是一回路边界，不会对一回路造成直接影响，但其泄漏会导致核岛内湿度增大，设备的运行环境变差，同时会导致冷凝水增多，有淋湿设备的风险，泄漏量增大会导致安全壳压力异常增加。另外，该阀门泄露属于核岛内蒸汽发生器二次侧小开口。根据技术规范的要求，功率运行模式下不允许蒸汽发生器二次侧小开口，因此该阀门泄露不仅对核岛设备及第三道屏障有影响【1】，同时会影响到核电厂的正常发电，必须第一时间分析根本原因并制定应对措施，彻底解决此问题。

2、专业知识介绍

本文探究的出现泄露的蒸发器二次侧液位计的一次隔离阀为核级手动截止阀，该阀门广泛使用在核岛内，作为液位探头、流量探头、温度探头等重要监控仪控设备的隔离阀。

该类阀门中法兰结构为常见的螺栓连接、金属缠绕垫片密封结构。密封原理为通过螺栓紧固，对密封面施加压紧载荷，使垫片材料产生变形填补密封面的间隙来实现密封。垫片初始压缩量应在一定裕度内，既能保证垫片在密封面被迫发生分离时能释放出足够的弹性变形以补偿这一分离量，并留下足以保持密封所需的垫片工作应力，又应保证垫片不被载荷压溃失去垫片弹性形变作用。

3、原因排查和分析

根据故障现象和垫片密封原理，从阀门螺栓设计、阀门中法兰垫片设计、阀门中法兰结构及阀门装配等四个方面进行逐一分析。

3.1 中法兰螺栓设计原因分析

3.1.1 螺栓材质分析

该型号核级截止阀中法兰螺栓材质为含钼合金，该材质强度、淬透性高，韧性好，高温下具有较高的抗蠕变强度和持久强度，适合于在500℃以下长期工作的高温承力部件，螺栓设计材质满足系统参数要求。

3.1.2 螺栓规格尺寸分析

根据螺栓实际截面积的计算公式SB=π/4*n*(ds−1.2268*p)²计算【2】可知（其中SB为螺栓实际截面积，n 为中法兰螺栓数量，ds 为螺栓公称直径，p 为螺距），螺栓实际截面积远大于设计工况下所需螺栓最小截面积，阀门中法兰螺栓规格尺寸设计合格。

3.1.3 螺栓紧固力矩标准分析

根据厂家给出的设计文件，该型号核级截止阀中法兰螺栓紧固力矩设计标准，查询历史安装和检修文件的数据，均满足标准要求，机组上行后，阀门中法兰无泄漏现象。

该型号核级截止阀中法兰螺栓材质、规格尺寸及紧固力矩标准均满足设计需求，排除阀门中法兰螺栓设计问题。

3.2 中法兰垫片设计原因分析

中法兰密封的实现与垫片设计制造密不可分，阀门中法兰采用金属缠绕垫。依据国标GB4622.1-2009缠绕式垫片分类及 GB4622.3-2009缠绕式垫片技术条件，金属缠绕垫片适用于各种液体及气体介质，使用条件小于等于25.0Mpa，使用温度-220~550℃【3】，选用垫片能满足阀门设计要求。

阀门密封垫选型、结构和材质均可满足系统设计要求， 阀门中法兰泄漏排除中法兰垫片设计制造原因。

3.3 中法兰结构设计原因分析

根据厂家给出该型号核级截止阀的阀盖、阀体装配图纸，中法兰结构阀盖与阀体设计两个导向结构。如果装配不当，可能造成中法兰紧固力无法完全传递至中法兰垫片，进而导致垫片压缩量不足产生中法兰密封失效。

该型号核级截止阀中法兰导向配合存在安装工艺陷阱。

3.4 阀门装配原因分析

根据该型号核级截止阀的阀盖、阀体图纸可以得出阀盖凸台高度D及阀体凹槽深度d，新垫片初始厚度H，其中 L 为中法兰螺栓力矩紧固后的中法兰间隙，垫片压缩率=（D+H-L-d）/H*100%【2】， 由此可以计算当垫片压缩率为可能小于国标。

因此，厂家阀门装配质量存在偏差，可能导致中法兰垫片压缩量不足。

根据上述从四个方面分析探究，导致该型号核级截止阀泄露的原因锁定为中法兰结构设计问题和阀门装配问题。

4、影响和后续措施

针对该型号核级截止阀中法兰泄漏问题，根据其泄漏影响，按照安全及重要程度进行分级，制定设备分级原则，将阀门分为三个等级。其中针对日常不可达的核级截止阀，以及有跳机跳堆信号的重要仪表隔离阀定为一级；对于中法兰出现泄漏或阀门关闭后会造成设备不可用的阀门定为二级；对于中法兰出现泄漏或阀门关闭后不会造成设备不可用的阀门、日常处于关闭状态但无背压的阀门、日常处于关闭状态且有背压但日常可达的阀门，定为三级。

根据分类级别进行分批次处理，其中一级阀门在最近一次机组大修期间进行专项处理，二级阀门在未来十年内完成全部整治，三级阀门当发生中法兰泄漏时，执行日常带压堵漏处理预案，无需制定专项处理行动。

此外，还需加强对该型号核级截止阀整阀备件的验收和最小库存的保障工作。

5、结语

通过对该型号核级截止阀中法兰泄露事件的探究，逐步查找出事件发生的原因。对于同类型阀门的故障模式进行扩展，并对各故障模式进行根本原因分析。同类型阀门的泄露除了上述所列举出的阀门螺栓设计、阀门中法兰垫片设计、阀门中法兰结构及阀门装配等四个方面以外，阀门加工制造工艺也是导致该型号核级隔离阀泄露的一个关键因素，制造工艺若有偏差，将导致中法兰垫片的压缩量无法满足设计要求，本文探究的这一类核级隔离阀泄露排除了制造工艺问题，因此并未赘述，但对其他类型核级隔离阀仍有借鉴意义。对于该型号核级截止阀中法兰泄露提出反馈行动，其他核电站可以借鉴，减少系统上同类型阀门内漏导致密封性不合格的概率。

同时加强对新的设备厂家提供产品的设备验收、关键参数检查等环节的质量把关，提前识别缺陷的意识和能力，保障机组的安全稳定运行。

参考文献：

[1]昝云龙主编，核电站生产管理，原子能出版社，2000

[2]付平、常德功，密封设计手册（第一版），化学工业出版社，2009

[3]王波，截止阀的密封，设备管理与维修，2002