气动阀门诊断装置在秦山第三核电厂的应用

摘 要：文章简要介绍了气动阀门诊断装置的功能，并通过在秦山第三核电厂的主热传输系统和慢化剂系统中的实际应用，具体列举了三个事例，说明气动阀门诊断技术能够对阀门的综合性能进行评估，且能够对阀门的故障进行准确定位，使维修更具针对性，缩短了维修时间，同时大大提高了设备的安全系数。

关键词：气动阀门诊断装置；重水堆核电站；应用

1 概述

核电站拥有数量众多的气动阀门，这些气动阀门作为流量控制的最终设备，在核电站的运行中起着非常重要的控制、调节作用，阀门性能的好坏直接关系到核电厂的安全经济运行，尤其是核岛一回路的气动阀门如果失效则可能会带来严重的经济损失和核安全事故。合适的维修策略、有效的维修方法可提高阀门的安全性能，早期的阀门维修观念是让阀门尽可能长时间的工作，一旦发现故障，立即对阀门进行维修以恢复原来的状态，这需要拆卸并拆开阀门，维修或更换已磨损或已经损坏的零件，这种被动式的维修方式是由于缺乏诊断技术而造成的，不仅浪费时间，而且造成成本的浪费。

气动阀门校验的常规手段是用标准电流信号源、标准压力表、百分表等基本测量仪表测量阀门的行程、气缸压力和电气转换器的输出，由于所用测量仪表的精度不够，根据测量数据很难做到精确校验，而且常规手段不能测量阀门在动作过程中阀杆的力矩、摩擦力以及阀门开启和关闭时间等重要参数，因此就不能对阀门综合性能参数和动态响应特性做出分析，阀门存在的具体问题不清楚，检修就不能有的放矢；投入运行期间，对阀门能否正常安全运行心中无底；另外在机组大修时有大量的气动阀需要检修，维修成本和维修人员剂量较高。基于此，秦山第三核电厂引进了气动阀门诊断技术。

2 气动阀门诊断装置功能介绍

气动阀门诊断装置是美国CRANE NUCLEAR公司生产的专门用于气动阀门的校验和测试的便携式数据采集系统，主要用来测量气动阀门的机械和气动部分的各种参数，并对采集到数据进行分析，找出造成阀门故障的原因，对症下药，指导维修活动，使气动阀门检修更具针对性，节约成本，提高效率，并使维修技术人员对阀门的运行状况了然于胸，使阀门维修活动有数据可查，还可根据阀门数据制定出气动阀门可靠的预防性维修方案。

气动阀门诊断装置由传感器、多通道信号采集模块和便携式计算机三部分组成。

气动阀门诊断装置使用的分析诊断软件（Signature Software）是基于Microsoft Windows操作平台的，它提供了简便的人机操作界面。维修人员可以根据不同的测量需要，选用不同的传感器和信号采集模块，将测量数据转换成电信号，再用数据线传入便携式计算机中的Signature Software软件，通过对这些信号的分析和处理，最终得到气动阀门各项性能指标的数据和曲线，如图2。

3 阀门诊断装置在执行机构膜片更换工作中的应用

秦山第三核电厂主热传输系统使用的重要调节阀都是美国DRESSER公司生产的核一级阀门，该型号核级阀门的执行机构重（110公斤左右），膜片尺寸大（160in2），执行机构膜片更换工作对于仪控人员来说是一项非常艰巨的工作。膜片更换的好坏，直接关系到机组是否能够正常运行。根据坎杜堆业主联合会的统计，其他同类型电站都出现过因膜片更换后组装不到位引起停堆的事件。所以工作人T除了严格按照膜片更换规程操作外，最重要的就是运用气动阀门诊断装置对阀门数据进行采集比对，根据参数的变化来判断膜片更换工作是否成功。在秦山第三核电厂205大修中，根据预防性大纲的要求，需要更换2-63341-HCV22的执行机构膜片。在检修前用气动阀门诊断装置对阀门进行原始数据采集，更换执行机构膜片和阀门附件后，对阀门重新进行数据采集，表1中的主要数据对比可以看出，2-63341-HCV22的行程比更换之前略微减小，为0.844 inch，但都满足0.8+0.125 inch的要求。执行机构弹簧率也没有发生太大变化，但是，电气转换器的输出压力范围不对，只有1.1～11.9 psi，核对电气转换器单体标定的数据，确认仪器测出的值不对，怀疑是管线上有漏气的地方，用检漏液对电气转换器和定位器的连接管线进行检查，发现在与定位器的连接接头处有明显漏气现象，对接头上紧后重新测量，电气转换器的输出恢复到2.9～14.4psi，满足要求。从而判断出该阀门的膜片更换工作完成，膜片更换成功，数据如表1中所示。

从秦山第三核电厂103大修开始，在重水堆核电站主热传输系统重要阀门的膜片更换工作中都使用了气动阀门诊断装置对膜片更换进行评估，到目前为止秦山第三核电厂两台机组已经更换了34台阀门的膜片，膜片更换成功率为100%。

4 气动阀门诊断装置在阀门解体检修工作中的应用

63332-PCV5/6是压力装量系统中稳压器压力控制阀，在正常情况下，该阀门处于完全关闭状态，当稳压器压力上升到起跳值（9.931MPa），阀门开始缓慢开启泄压，由于介质是汽水混合物，且阀门前后差压大，每个大修周期，阀芯都会存在不同程度的气蚀，大修中必须进行更换阀芯和阀座，气动阀门诊断装置在阀门机械解体工作中发挥了重要作用，通过用气动阀门诊断装置对阀门数据进行采集，可以及时的发现阀门回装的是否到位，阀芯的关闭力是否足够等问题，便于及时通知机械人员是否需要重新检修。

在秦山第三核电厂103大修中，机械人员对1-63332-PCV5完成解体检修，我们对阀门用气动阀门诊断装置进行测试，发现阀门的“BENCHSET MIN”和“BENCHSET MAX”值偏大，“BENCHSET MIN”值达到了34.6 psig，“BENCHSET MAX”值达到了50.8 psig。如果这两个值偏大，则说明阀门的启动值会偏大，阀门动作缓慢，而且很有可能阀门会不能全开。联系机械人员将阀门的阀杆连接块解开，缩短阀杆长度调整块，并重新连接，对1-63332-PCV5的最终测试，阀门的“BENCHSET MIN”和“BENCHSET MAX”值降到了29.6 psig，和45.0 psig，满足了阀门动作要求。对通过阀门动作的数据曲线进行检查，如图3所示，从图中的阀杆应力变化曲线上看出，阀门在关闭位置时，阀杆受到阀座和执行机构弹簧的挤压，阀杆处于向外膨胀状态，当执行机构开始进气，并且克服弹簧预紧力后，阀杆开始恢复形变，在图中显示为曲线快速下降。在阀门开启过程中，阀杆应力无明显变化，显示为一条直线。由此判断，阀门可以关闭到位。

5 结束语

气动阀门诊断技术的运用不仅大大提高了检修质量，提高了阀门校验的精确度，还为判断阀门故障提供了一个重要的检测手段，经过对气动阀门诊断装置的使用，大大缩短了阀门检修工期，减少了人员辐射剂量。经过多年的使用，该设备作为一种重要检修设备广泛应用在秦山第三核电厂的主热传输系统、慢化剂系统、液体毒物注入系统、液体区域控制系统中，为气动阀门建立了一套较完整的阀门数据库。为机组的稳定运行提供了有力的保障。

参考文献

[1]陆培文.实用阀门设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]AOV Data Acquisition and Basic Analysis [Z].CRANE NUCLEAR，INC，2001.

[3]DRESSER MAUNUAL IOM-108253（98-30835-9024-1-MM-A）[Z].

[4]Liquid Injection Shutdown System Design Manual（98-34700-DM-000）.