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摘 要：针对重水堆核电厂液体区域系统6区液位控制阀出现的异常情况，分析可能引起控制阀控制故障的各类原因，最终确认阀门定位器导向杆卡涩是阀门控制故障的主要原因。为不改变定位器校验位置，提出在线更换定位器导向杆的处理方案，完成缺陷处理并进行验证。
关键字：核电厂 液体区域控制系统 液位控制阀
0 前言
液体区域控制系统是重水堆反应性控制机构，其目的是通过改变14个液体区域控制单元内的轻水液位，从而改变反应堆的反应性。液体区域控制单元的水位调节是由该区域控制程序控制每个单元液位控制阀的开度来实现的。当反应堆实际功率和要求功率存在较大偏差时，液体区域控制程序会根据功率偏差调节液位控制阀开度，通过平均区域水位变化改变堆内反应性，使反应堆功率与要求功率保持一致。液位控制阀的工作稳定性直接关系到液体区域控制单元内轻水液位的控制稳定性，液位控制阀工作异常，将直接影响核电厂的安全稳定运行，因此及时有效处理液位控制阀缺陷至关重要。
1 液体区域控制系统液位控制阀
液体区域控制系统液位控制阀由DRESSER公司的直行程执行机构和截止阀配套组成。阀门配备FISHER546NS型电-气转换器、DresserMasoneilan4711P型气动阀门定位器和MOORE公司的61H流量放大器等3项气动控制设备。阀门设计工作行程10mm，阀门控制信号来自电站计算机的模拟量输出信号。电站计算机经过计算，通过模拟量输出卡件输出到阀门的电-气转换器，电-气转换器将4～20mA信号转换为20～100kPa的压力信号输出到气动阀门定位器作为控制信号，气动阀门定位器调整到执行机构的输出压力来改变阀门开度（图1）。阀门定位器输出至执行机构回路中加装流量放大器，以提高阀门响应速度。
图1 液体区域控制系统液位控制阀控制原理
2 液位控制阀控制故障现象
2013年12月24日，液体控制区域6区液位基本稳定不变，检查区域功率缓慢下降。检查确认6区的液位波动幅值从10%左右突然减少到1%左右，而同一时间段，液体区域其他区域的液位波动幅值约为3%～5%（图2）。通过不同区域的液位变化对比，可以确认6区液位在12月24日前较其他区域波动幅值大，在12月24日其波动幅值较其他区域小，且处于基本稳定状态。现场对阀门进行目视检查，在气动管线喷洒检漏液，未发现异常泄漏。检查发现6区液位控制阀动作情况较其他区明显缓慢，在6区液位波动幅值较小时间段，阀门基本处于稳定开度状态，而其他区域的液位控制阀均有5%左右的开度变化。检查阀门气动定位器上信号气压力表，确认阀门定位器控制信号气压压力表指示有变化。据此判断是液体区域控制系统6区液位控制阀门控制出现问题，导致6区液位波动异常。
图2 液体区域系统液位变化趋势
3 液位控制阀故障分析
根据液体区域控制系统液位控制阀的信号控制回路和阀门组成，6区液位控制阀动作故障可能原因主要是阀门控制信号异常和阀门自身故障。
3.1 液位控制阀控制信号异常分析
6区液位控制阀控制信号来自电站控制计算机的模拟量输出信号，若电站计算机的软件失效或模拟量输出卡件故障，可能会导致液位控制阀控制信号稳定在一个固定值保持不变，导致阀门开度稳定在固定值，影响液位控制。电站控制计算机模拟量输出回路中串联1个信号取样反馈电阻，可通过检查反馈电阻上的电压变化情况，判断电站控制计算机模拟量输出回路的工作情况。在6区液位控制阀液位控制异常时间段，检查相应的阀门控制信号回路反馈信号有5%左右的变化输出，可以确认电站控制计算机的模拟量输出回路正常。
3.2 液位控制阀自身故障分析
根据阀门气动回路控制方式和阀门结构，引起阀门控制异常的原因可以分为机械结构和阀门气动回路控制两个方面。阀门机械结构故障点包括执行机构、阀门盘根填料和阀芯阀座配合；阀门气动回路控制故障点包括电-气转换器、阀门气动定位器和阀门流量放大器。
3.2.1 阀门机械结构故障分析
根据液位控制阀动作情况较其他区阀门缓慢，在6区液位波动幅值较小时间段，阀门开度基本处于稳定状态。分析产生此现象原因是阀门动作阻力增加和执行机构供气信号不畅导致，原因有3。
（1）执行机构卡涩。阀门执行机构下缸盖和支架处有一个轴套，材料为黄铜，内部有O形圈，轴套与执行机构推杆间隙较小，轴套中的O形圈与执行机构推杆直接接触。若执行机构推杆和轴套有摩擦或O形圈老化失去弹性，会导致执行机构推杆摩擦力大，影响阀门动作速度，甚至稳定在固定开度。现场检查轴套与执行机构推杆的连接部位，未发现有磨损的铜粉末和O形圈密封件粉末。说明执行机构推杆和轴套没有摩擦，O形圈也没有明显老化失去弹性，不存在执行机构推杆和执行机构轴套磨损问题。
（2）阀门盘根填料过紧。该阀门的盘根填料紧固力矩要求为7.7N·m，现场使用力矩扳手验证阀门盘根填料的紧固螺母力矩为7.7N·m，说明不存在盘根填料过紧问题，同时查看阀杆，确认阀杆光滑干净，表面没有水迹和填料碎末，说明填料完好，也没有出现老化现象。
（3）阀芯阀座配合过紧。液体区域控制系统的液位控制阀阀体结构为截止阀，在阀门开度为50%左右时，阀芯是离开阀座的，不存在阀芯和阀座接触。
3.2.2 阀门气动回路控制故障点分析
根据6区的液位波动幅值在1%左右时，检查阀门气动定位器上信号器压力表指示能根据控制电流信号变化，可以确认阀门电-气转换器输出信号异常不是阀门故障原因，分析产生此现象的阀门气动回路控制故障有阀门流量放大器动作卡涩、阀门定位器的导向杆卡涩。
（1）阀门流量放大器动作卡涩。阀门流量放大器是改变执行机构进气和排气量，可以改变阀门执行机构的动作速度，流量放大器接收到输入信号时无法打开，导致到阀门执行机构的进气仅靠旁路阀小流量气流补充到阀门执行机构，如阀门执行机构回路有泄漏，将导致阀门动作缓慢；如阀门执行机构回路泄漏量与通过旁路阀补入得进气平衡，将导致阀门无法动作。根据现场检查情况，确认阀门执行机构回路没有泄漏，可以确认如流量放大器无法打开，执行机构的进排气也可以通过流量放大器旁路阀来实现，阀门动作只会变缓，不会导致阀门稳定在一个固定值。
（2）阀门定位器的导向杆卡涩。6区液位控制阀定位器为DresserMasoneilan的4711P型气动阀门定位器（图3），当阀门定位器输入的信号气压改变时，阀门定位器通过导向杆位置改变来控制执行机构的进气和放气，控制阀门开度，如导向杆脏或与定位器孔壁配合间隙小，会导致导向杆与定位器孔壁摩擦力大，在小输入信号变化时因推动力小，定位器导向杆动作变慢，导致阀门动作也变慢，液位控制波动幅值增大。如导向杆与定位器孔壁摩擦力大于定位器控制信号改变产生的推动力，将导致导向杆维持一个位置不变，阀门开度保持不变，使液位控制波动幅值大幅减少。
图3 阀门定位器控制结构图
同时根据打开阀门执行机构限位杆的背紧螺母时，阀门从固定开度恢复缓慢波动的现象，可以确认阀门定位器控制异常。阀门定位器直接安装在执行机构本体上，反馈杆连接到执行机构推杆中，而且执行机构尺寸小，当打开阀门执行机构限位杆的背紧螺母时，阀门执行机构会轻微晃动，导致定位器反馈力改变，使导向杆受力平衡被打破，阀门定位器导向杆恢复缓慢动作，阀门开度恢复缓慢波动。根据以上分析，可以判断阀门定位器的导向杆卡涩是导致阀门工作异常的主要原因。
4 液位控制阀定位器在线处理
在机组正常满功率运行期间，液体区域控制系统的液位控制阀无法进行隔离检修和校验。如整体更换阀门定位器，其校验位置可能会出现较大偏差，需要制定在线处理方案。根据DresserMasoneilan4711P型气动阀门定位器的工作原理和特性，影响定位器校验位置主要有反馈凸轮安装位置，定位器零点和量程调节装置。在不改变反馈杆、反馈凸轮、定位器本体安装位置、定位器零点和量程调节装置位置的情况下，阀门校验位置不会改变。在机组正常运行情况下，拆除、检查和更换阀门定位器导向杆，可以实现阀门校验位置不改变，又能确保定位器工作性能。
在关闭阀门供气气源，通过阀门定位器气源压力表观察压力降到零后。使用套筒扳手拆除液位控制阀的定位器导向杆组件，将定位器导向杆组件备件安装在现场阀门的定位器上完成现场工作。
5 液位控制阀控制性能验证
更换阀门定位器导向杆后重新投运阀门，确认阀门控制稳定，液位波动幅值恢复到3%～5%，阀门控制稳定（图4），直到15个月后的大修。在机组大修期间对阀门进行全面诊断，确认阀门开关过程中动作平稳，未出现明显卡滞现象，测试平均摩擦力合格。阀门关闭时阀瓣落座，密封力满足密封要求。这些表明故障已通过更换阀门定位器导向杆得到根本解决。
图4 阀门缺陷处理后6区液位变化
6 结束语
通过此次液体区域系统6区液位控制阀故障处理，制订在机组满功率运行期间在线处理的方案，首次提出在线更换阀门定位器导向杆而不改变阀门校验位置的方法，通过机组运行验证和大修阀门诊断验证，完全满足液位控制阀运行要求。
来源：网络转载
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发表于 2016-12-8 09:34:38
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