简述核电厂运行中的主蒸汽案例阀技术改进

简述核电厂运行中的主蒸汽案例阀技术

改进

摘要：主蒸汽安全阀是核电站核级二级阀，它担负着在突发和突发事件时，主蒸汽管路和蒸汽发生器的超压保护功能，其安全等级和操作等级都有很高的要求。但因其所处管道振动大，造成阀门零件存在异常磨损等问题。基于此，本文介绍了主蒸汽安全阀的主要缺陷和特性，并对其成因进行了分析，对如何改进主要蒸汽安全阀，给出了一些有意义的建议。

关键词：核电厂；主蒸汽；安全阀技术

引言

在压水堆核电站中，主蒸汽系统是核心设备。它的主要作用是把主反应炉中的裂变热量转移到二次循环。核岛蒸汽发生器产生的高温、高压饱和蒸汽为涡轮提供动力，并将其输送到常规岛。主蒸汽安全阀作为二次循环蒸汽发生器和二次蒸汽管路的超压。核电厂主蒸汽安全阀安全级别高，操作水平高。按照 RCCM标准，核安全级别是二级。经过对主安全阀的拆解与检修，发现其主要故障有：汽缸固定销脱落、导向铜环磨损。为此，对安全阀的主要问题及成因进行了探讨。

一、主蒸汽安全阀的工作原理

主蒸汽安全阀的工作原理是：在正常工作时，当主蒸汽压力维持在标准压力下，安全阀上部的弹簧预紧力通过阀杆将阀盘安装在阀座上的阀片紧紧地压在阀座上，从而实现对蒸汽的密封。在主汽操作超压时，由于汽压作用于阀片的合力大于弹簧的预紧力，导致阀片被向上推，从而提升阀杆。阀片与阀座分离，使得阀盘座组件在排气装置内上下移动，并经由排气设备排出蒸汽。当主要蒸汽压降到系统正常工作压力时，阀杆上的弹力会把阀杆压回到阀座上。主要的蒸汽安全阀可分为两类，一类是加能辅助安全阀，另一类是弹簧加载安全阀。加能型安全阀比弹簧型安全阀多一个气膜型致动器。在隔板上方加载压缩空气，可以作为弹

簧负载的额外负荷，从而提高安全阀的起跳数值。相反，在隔板下方加载压缩空气，可以增加蒸汽压力，降低安全阀的起跳数值。

二、主蒸汽安全阀存在的主要缺陷及原因分析

（一）主蒸汽安全阀的主要缺陷

第一，导向套筒钢环磨损。在动力操作过程中，现场出现了一些主汽门的异常敲击声音。经检验，该声音是由阀杆与导套铜环的撞击引起的。调整套管调整弹簧的压缩是由引导套管来完成的，而阀杆通过引导套管。导套和阀杆的配合间隙有很高的规定，如果有间隙不符合，则必须进行调整。所以，在进行大修时，必须对这个数值进行测量。通过对试验数据的分析，得出了增能型安全阀导轨的磨损比机械安全阀大。在主汽隔离阀附近，主蒸汽安全阀的导套磨损比远离隔离阀的要大。导热套管的主要磨损方向是主要的蒸汽导管[1]。

第二，排放装置组件铜套磨损。排出装置总成的铜套管用于确保阀杆在阀工作过程中的中心位置。该活塞通过一个紧固圈与阀杆紧密连接。铜套管与活塞之间要有适当的间隙，当间隙大于规定时，应进行铜套管或活塞的替换。在

206/108次检修中，对10个主要蒸汽安全阀进行了拆解，发现其中5个主汽安全阀铜套已严重磨损，必须进行替换。另外5个安全阀的铜外壳也略有磨损。铜套管的磨损总体上是不均匀的，5个阀门的磨损基本上是沿管子相同的方向。

（二）缺陷产生的原因分析

第一，对造成缺陷的报动原因进行剖析。振动时，阀芯振荡幅度与阀体振幅不相适应，长期振动会使固定销断裂。导套铜环磨损，主汽管振动引起安全阀的顶部振动，频率为25赫兹。这种振动频率会与阀门的顶端产生共鸣，从而形成撞击的声音。谐振引起管道铜圈的磨损。随着蒸气管道的运动，活塞会稍微旋转一下。由于活塞与铜套、紧固环的相对移动，导致铜套的内壁磨损，同时活塞的下部也会逐渐磨损。间盘座总成和排气器总成都有磨损，阀座总成和排气器总成都有一定的振动，而阀盘座总成和排气器总成的振动幅度也会有一定的差异，从而使它们之间发生摩擦。长期使用后，接触面会出现磨损。

第二，对造成缺陷的人为因素进行剖析。阀杆与阀盘座总成的螺纹啮合是由

于人为原因所致。其主要原因是操作规范不严格。

三、核电厂运行中的主蒸汽安全阀技术改进措施

（一）采用弹簧式安全阀

为了更好地理解核电站的实际操作，技术人员建议对主蒸汽安全阀进行改造，其形式可以是弹簧式，但其结构复杂，可靠性差，任何一种设备的失效都会引起

设备的变化，从而打开安全阀。此设备具有高度的处理能力，如果发生蒸汽发生

器失控的情况，就会导致反应堆过冷或停堆。技术人员应采用带弹簧的安全阀，

同时去掉辅助控制箱和辅助设备，以防止意外[2]。

（二）重新分布安全阀的数量

一般情况下，安全系统的整体压力约为8.3 MPa，比热停堆时的压力相差不大，甚至还没有超过10%的冗余，而且在正常工作时，很容易发生漏气，造成检

修工作量的增加，导致设备的稳定和利用率不断降低，所以必须对安全阀进行重

新分配。在原有7个不变的条件下，把整定数值分为两个部分，即：1组的整定

值为8.7 MPa，从4个提高到5个；而另一组的总压力从8.3 MPa增加到8.5 MPa，但从原来的3个减少到2个。在这一修改中，二组冗余提高至12%，其整定

值可使热停堆压力更大，因操作次数的减少，大大降低了阀门频繁起动的可能性，同时也减少了密封面的损坏。

（三）改进安全阀阀芯组件的结构设计

与基准电站相比，本次核电站采用的阀芯总成结构有了很大的改善，主要由

两个部分组成。第一，阀杆和阀芯之间的连接和动作的改变。参照电站设计中阀

杆末端与阀芯上总成连接，阀杆与阀芯不直接连接，阀芯通过销钉与回冲盘相连接，阀杆末端的作用点位于喷嘴密封面上。核电厂主蒸汽泄压阀的阀芯和阀杆之

间的连接是“套筒”。阀芯可在安装时自由侧向旋转，并具有一定的倾斜；球型

阀端为球形，阀芯与阀门的接触面呈球状，其接触部位比喷嘴的位置要低。该结

构易于调整阀芯，与阀杆、喷嘴环的中线配合，保证了各向密封面的密封性，并

能有效地降低蒸汽管路的震动对安全阀的损伤。第二，改变阀座的结构和密封方式。在基准台的安全阀芯部与喷嘴环之间存在“平密封”，这是为了防止泄漏而

造成的。若经常更换阀体，引起管路的强烈震动，密封极有可能被破坏，造成渗漏。核电厂主蒸汽泄压阀和喷嘴的接触采用了金属弹性密封。在管路中，由于压力、温度的改变，管路始终处于“线性密封”的位置，从而使管路的密封性能得

到提高。在阀体开启之前，阀体的密封压力可以达到96%，极大地降低了由于阀

体内压力的起伏而导致的阀体渗漏。在系统压力大于96%的情况下，阀芯与管口

直接密封，在阀芯外侧设置了密封条；在给定的系统压力很接近或等于96%的情

况下，阀芯在与喷嘴平面接触时会产生加压；当系统压力达到96%时，阀芯在压

力作用下持续扩张。当与管口的接触重新变成丝状时，该密封件就变成了阀芯的

内缘；当阀门开启时，压力会被释放，阀体就会回到原来的位置[3]。

（四）主蒸汽安全阀开启探测装置

参照电站设计考虑到安全阀的打开是瞬间的，在操作结束后，系统的压力会

发生很大的变化，所以，主控制器可以通过监控来判断系统的超压保护是否有效，但如果不考虑到每一组安全阀的设定都很相近，在打开的时候，不能确定哪个阀

在工作，这就给操作和维修人员带来了更多的时间和精力。为此，对某核电站主

蒸汽安全阀进行了改造，并增设了阀开度检测系统。在安全阀在1-2毫米的时候，可以检测到这个动作，但是这个信号只能维持0.3秒，必须用高精度的信号接收

装置进行记录。

结语

因此，技术人员应采取科学合理的设计方案，使主蒸汽安全阀的可靠性得到

进一步的改善，同时，对机组的安全运行也要进行严格的监督，一旦发现问题，

立即进行维修，以保证核电站的安全运行。

参考文献：

[1] 任春明,陈坚刚,黄代顺. 秦山第二核电厂1 & 2号机组主蒸汽安全阀改

进分析[J]. 原子能科学技术,2015(9):1655-1659.