某在建核电工程主给水隔离阀水平安装改造
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【摘要】：本文对某在建核电厂水平安装的主给水隔离阀，进行力学计算分析，并进行了相应的研磨修理，从而满足了设计和运行要求。
【关键字】：在建核电 主给水隔离阀 水平安装 改造
中图分类号：C93文献标识码： A
1主给水隔离阀简介
主给水流量控制系统的功能是向蒸汽发生器供应给水并且调节给水流量以将蒸汽发生器二次侧的水位维持在一个汽轮机符合变化所预定的基准值上。供水来自凝结水抽取系统的凝汽器，通过给水除氧器系统的水箱，在低压加热器和高压加热器内加热，依靠主给水泵供水。
在主给水流量控制系统给水母管上设有三个调节站，用以控制通向蒸汽发生器的流量。每个调节站由一个给水主调节阀和一个给水旁路调节阀组成。在主给水调阀前后设有电动隔离阀，在旁路调节阀前后设有旁路电动隔离阀。
1.2主给水电动隔离阀（Main Feedwater Isolation Valves 下称MFIV）
某核电工程MFIV设计在常规岛厂房8.5米层，三个回路中，共安装有6只18”MFIV和6只6”MFIV（图1-1）。
（图 1-1：某一回路主给水阀门布置示意图）
在蒸汽发生器侧管道内部最高压头、流量和压力的情况下，下游隔离阀要求在20秒或者更短的时间内关闭，上游隔离阀能在30秒或更短时间内关闭，旁路管道的隔离阀能在20秒或更短的时间内关闭。
（图 1-2：MEIV内部结构示意图）
该核电工程MFIV由法国厂家GRISS供货，为平行双闸板闸阀（图 1-2），具有双向密封功能。阀门关闭时，阀瓣在弹簧的作用下，贴在阀体密封面上，建立初始密封，然而平行双闸板闸阀主要密封力为阀瓣前后管道内介质的压差，并且管内介质压力越大，密封性能越好。另外阀门中弹簧自密封结构可以自动补偿密封面的磨损，提高了阀门的使用寿命。
同时该核电工程所使用的MFIV设有自动排污系统，始终使阀体内腔清洁，无残留物；对温差变化的适应性好，不会发生高温楔死现象。
2.1水平安装MFIV改造背景介绍
某核电工程1#机组，共安装有12只MFIV，其中有3只16”和3只6”MFIV水平安装（即阀门须安装在水平管道上，阀杆处于垂直状态）。根据MFIV供货厂家（GRISS）提供的竣工文件，其所供MFIV均应垂直安装。
MFIV在水平安装的状态下快速关闭时，因阀门本体重力及震动载荷影响，可能会致使阀杆扭曲和平行阀板密封面划伤。为了达到MFIV快速关闭而又不对阀门本身造成损伤的设计意图，有如下两种方案可供选择：
1）安装设计图纸进行相应变更，更改管线路径布置，将阀门安装于水平管段（即阀门垂直安装），但需考虑如下因素：可供管道重新布置的安装空间（管道管径大，实际安装空间不满足管线进行变更）；图纸设计周期；设备材料的加工和采购周期；已施工物项的返工周期；
2）对阀体本身相应修改：因隔离阀业已水平安装，能通过力学分析，并进行相应研磨修理，从而达到在水平状态下满足运行工况及设计要求。
两方案相比而言，显然方案②更具实际可操作性。
2.2阀门水平安装力学分析
力学分析的目的在于验证MFIV水平安装的可行性。MFIV在水平安装时，受到的载荷有振动载荷和其自身重量，其中振动载荷为0.1g可忽略。力学分析分以下两部分：
2.2.1螺栓屈服剪切应力分析
1）电动机头与阀门轭架连接处，螺栓剪切应力分析；
2）电动机头、阀门轭架结合体与阀体连接处；螺栓剪切应力分析；
（位置 图2-1，计算 表2-2）
（图 2-1：MFIV外观图）
6” 16”
σTRESCA（MPA） 允许载荷
（MPA） 安全系数
（MPA） σTRESCA（MPA） 允许载荷
（MPA） 安全系数
（MPA）
1） 212 402 47.20% 213 402 46.90%
2） 269 402 33.20% 131 402 67.40%
（表 2-1：水平安装MFIV螺栓屈服剪切应力分析）
2.2.2阀门轭架屈服剪切应力分析
进行应力分析，分别选取阀门轭架的四个截面（截面图 2-2，计算 表2-2）
（图 2-2：阀门轭架屈服剪切应力计算 截面位置示意图）
6” 16”
σTRESCA（MPA） 允许载荷
（MPA） 安全系数
（MPA） σTRESCA（MPA） 允许载荷
（MPA） 安全系数
（MPA）
截面1 6.586 131 95.00% 4.462 131 96.60%
截面2 6.184 131 95.30% 4.419 131 96.60%
截面3 5.712 131 95.60% 2.169 131 98.30%
截面4 2.605 131 98.00% 0.812 131 99.40%
（表 2-2：MFIV轭架截面屈服剪切应力分析）
2.3MFIV修理
因MFIV已安装至系统管线上，如拆除及返回至GRISS维修，需综合考虑运输成本及运输时间对工程进度的影响，最终GRISS派遣人员到工程现场，对水平安装MFIV进行改造。改造过程如下：
2.3.1阀门拆解
2.3.2修理工作
阀体研磨机导轨组装；安装研磨机导轨至阀体，安装研磨机控制机构； 阀座研磨设备安装；阀座研磨；阀瓣研磨；研磨区域抛光；清理及目视检查；阀瓣支撑圈调整和修理；
2.3.3组装工作
组装过程中，应对阀瓣密封圈和阀体导轨进行操作测试；
2.3.4试验工作
拧下MFIV阀体密封盖上中腔打压孔处的密封螺栓；加工匹配的接头，通过高压软管连接至升压泵；打开管道坡度上坡位置的MFIV旁通阀；用升压泵注水排气，当系统管道高点放气阀出水时，关闭旁通阀；继续缓慢升压，直至压力达到1.1倍的公称压力即176 bar；保压10分钟，无泄漏，证明合格；
3.总结
通过对水平安装的MFIV进行力学分析，我们可以看出在水平安装的状态下，电动机头与轭架之间的螺栓和轭架与阀体之间的螺栓所承受的剪切应力是在安全范围内的，但是安全系数相应较低。相对而言，轭架是完全可以承受外来载荷的。
通过对阀瓣导轨、阀瓣、阀座及阀瓣支撑圈的修理，可以保证水平安装的MFIV，可以满足其快速关闭的设计要求。同时也最大程度地克服了水平安装时，受阀门自重影响，导轨、阀瓣等处摩擦力增大，进而导致密封面拉伤和阀杆变形等重大质量事故。
虽然某核电工程水平安装的MFIV，通过修理满足了运行要求。但此问题的产生，源头来自于设计阶段，在此阶段，该问题可以更简单、更安全、更高效、更经济的解决。
【参考文献】：
[1] 张建华 刘春宇 徐相兰 王曙光.高温高压电站平板闸阀的设计与计算.阀门.2010