核電廠運行中的主蒸汽安全閥技術改進摘要：核電廠中主蒸汽系統是最重要的系統之一，通過利用蒸汽發生器，其能將回路產生的熱量進行轉化，變成相應的具有高溫高壓特性的蒸汽，驅動核電廠的汽輪機組產生動力，為發電機發電提供動能。對于核電機組的運行安全以及效率而言，主蒸汽系統的安全可靠運行對其具有重要的影響。主蒸汽安全閥作為主蒸汽系統的關鍵設備之一，主要在蒸發器和主蒸汽隔離閥之間的主蒸汽管道上發揮作用，為相應設備提供超壓保護。關鍵詞：核電廠運行；主蒸汽；安全閥技術；改進引言核電廠主蒸汽安全閥直接保護主蒸汽系統的安全，閥門密封面如果出現明顯的蒸汽泄漏現象，將導致機組停堆，所以提高安全閥的密封可靠性尤其重要。通過分析，發現引起主蒸汽安全閥內漏的主要原因有：安全閥使用過程中整定壓力逐漸變低、安全閥密封面逐漸變寬等。針對以上原因，探索了安全閥碟簧調整、安全閥閥芯機加工及更換、安全閥閥座研磨等方法，提高了主蒸汽安全閥的密封可靠性和長期運行的穩定性1主蒸汽安全閥簡介核電站主蒸汽系統為了防止蒸汽發生器(SG)和蒸汽管線超壓，一般設置了三級防超壓裝置，用于保證二回路壓力邊界的完整性，動作壓力從低到高依次是主蒸汽旁排閥門、大氣釋放閥及安全閥。以某核電站為例，主蒸汽旁排閥門的開啟壓力為6.87MPa，大氣釋放閥為7.154MPa，安全閥為8.432MPa。從動作壓力上看，主蒸汽安全閥是防止SG和蒸汽管線超壓的最后一道實體屏障。某核電站為確保主蒸汽系統安全可靠運行，在每臺SG和對應的蒸汽管線上設置了2臺主蒸汽安全閥，每個安全閥的排放量均為100%系統容量。這2臺主蒸汽安全閥分別為監測安全閥和工作安全閥。工作安全閥為監測安全閥的備用，當監測安全閥動作后，若主蒸汽壓力仍未下降，或監測安全閥未能正常動作，則在主蒸汽壓力上升到工作安全閥的動作壓力后開啟。2主蒸汽安全閥門泄漏的原因2.1助動式安全閥泄漏原因對于助動式主蒸汽安全閥泄漏的原因，可以使用故障樹方法，從人員、設備材料、環境等方面進行分析。檢修人員一直都在進行相關的檢修工作，積累了豐富的工作經驗，并且檢修工作都是按照相應的規程和計劃進行，一般不會是由檢修人員操作不當引起主蒸汽安全閥門的泄漏。對于主蒸汽系統相關設備而言，其助動裝置如果出現失效，安全閥門會受到一定的影響。閥芯組件等具有密封性質的部件有一定缺陷或者出現失效情況，也會對閥門造成一定影響，而整定壓力設置不合理是導致助動式閥門泄漏的根本原因。對于材料而言，使用的部件都是由原制造廠直接提供，而且也經過完善的檢驗，在現場安裝后進行了相應的復驗，基本不會造成安全閥門的泄漏。2.1.1整定壓力低的影響閥芯密封處的密封比壓不滿足大于必需密封比壓的相關要求是導致閥門泄漏的直接原因，即：q1=Dm(ps—p)4b2qb(1)式中，q1是安全閥的密封面比壓力，P是設備正常運行時的壓力，PS是安全閥整定壓力，Dm是密封面的平均直徑，b是密封面的寬度，qb是必需密封面比壓。介質滲透面積的外形輪廓較為復雜，在不同的壓力和溫度條件下，密封面的狀態會發生變化，對密封效果也具有一定的影響。若管道的整定壓力過低，在熱態運行的情況下，助動式主蒸汽安全閥的密封比壓比較接近必需密封比壓，容易出現壓力波動的情況，造成安全閥門泄漏。隨著整定壓力的上升，安全閥門發生泄漏的概率會降低。2.1.2管道振動產生的影響管道振動是造成主蒸汽安全閥泄漏的重要原因。管道振動來源于主蒸汽系統中的隔離閥，隔離閥的縮頸率過大，容易導致過度節流，介質在通過時流速會加快，與下游的速度較慢的介質發生剪切作用，出現湍流噪聲。管道的振動會造成相關安全閥門振動，如果管道出現長期的振動而得不到及時的處理，會導致密封面狀態不穩定甚至出現損傷，最終造成閥門泄漏。與整定壓力低相比，管道振動不是造成主蒸汽安全閥門泄漏的根本原因，而是其促成因素。2.2機械式主蒸汽安全閥泄漏的原因按照與助動式主蒸汽安全閥類似的研究方法，對機械式主蒸汽安全閥的泄漏原因進行分析。同樣，一般不會由檢修人員操作不當引起主蒸汽安全閥門的泄漏。對于機械式主蒸汽系統的相關設備而言，彈簧部件都是經過壓力整定并確認能夠滿足設計的相關要求才會被應用，所以不會造成安全閥門泄漏。主蒸汽系統中介質溫度高、壓力大的情況會對密封造成一定的影響，但不會造成閥門泄露。經過相應的計算，機械式主蒸汽安全閥的密封比壓遠高于必需密封比壓，造成安全閥門泄漏的原因不是整定壓力。而機械式主蒸汽管道發生振動，會引起安全閥部件振動，長期的振動會導致密封面處于不穩定的狀態，甚至會出現損傷的情況，最后導致主蒸汽安全閥在系統壓力高位波動的工況下發生泄漏。3核電廠運行中的主蒸汽安全閥技術改進3.1采用彈簧式加載式安全閥從法國核電站得到的運行經驗反饋，助動裝置和配套控制柜的結構復雜，可靠性較差，其由個別元器件故障引起的這套裝置的意外動作會導致安全閥誤開啟，這是工藝性的，可能會導致蒸汽發生器失控排放，從而引起反應堆停堆和過冷。因此取消了助動裝置和配套控制柜，改為采用彈簧加載式安全閥，從而避免了電氣元器件故障引起安全閥誤開啟從而導致反應堆停堆和過冷的事故發生。3.2改進安全閥閥芯組件的結構設計相對于參考電站的設計，此次某核電廠設計使用的閥芯組件有較大改進，主要包括兩個方面：一是，閥桿與閥芯的聯結以及作用點的變化。參考電站設計中閥桿端部帶有螺紋與閥芯上部組件聯結，閥桿與閥芯不直接聯結，閥芯由銷固定在反沖盤上，閥桿端部的作用點位置處在噴嘴密封面以上。某核電廠的主蒸汽安全閥閥芯和閥桿的聯結為'卡套”式聯結，在裝配狀態下，閥芯可以水平自由轉動并允許有一定的傾斜；閥桿端部為半球狀，閥芯內腔與閥桿接觸面為內球面，其觸點低于噴嘴密封面。這種設計有利于閥芯自動找正，可以保證閥桿的軸線與噴嘴環的中心線重合，確保密封面各方向的密封力均衡，有效降低蒸汽管道振動對安全閥的損傷。二是，閥芯機構和密封形式的變化。參考電站安全閥閥芯與噴嘴環的密封是“平面密封”，在閥門頻繁動作和管道振動較大時，密封面容易損傷導致泄漏。某核電廠的主蒸汽安全閥閥芯與噴嘴接觸部分為金屬彈性密封面，金屬彈性密封面隨著管道壓力和溫度的變化而變化，在達到閥門開啟前最大密封壓力前密封面始終保持“線密封”的形式，密封性能更好。應用這種新結構后，閥門開啟前的密封壓力可以達到整定值的96%，大大降低由于系統壓力波動引起的閥門泄漏。在系統壓力遠低于整定壓力的96%時，閥芯與噴嘴為線密封，密封線在閥芯的外沿；當系統壓力極其接近或等于整定壓力的96%時，閥芯在壓力的作用下膨脹，此時與噴嘴為面接觸；當系統壓力超過整定壓力的96%直到閥門開啟階段，閥芯在壓力的作用下繼續膨脹，此時與噴嘴的接觸又變成線密封，但密封線改成閥芯的內沿了；當閥門開啟后，由于壓力泄放，閥芯又恢復正常狀態。結語：助動式主蒸汽安全閥出現泄漏情況的根本原因是整定壓力設置較低，而機械式主蒸汽安全閥出現泄漏的主要原因是管道振動。采用合適的改進方案，能夠改善主蒸汽安全閥的可靠性，提升核電機組的整體穩定性。參考文獻朱鋼梁，楊宇