恰西玛二期核电站主蒸汽隔离阀调试
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摘要：本文主要介绍恰希玛二期核电站（以下简称C2）主蒸汽快关隔离阀的工作原理以及调试过程。着重对在调试过程中出现的问题和解决方法加以阐述，并且与中核核电运行管理有限公司一厂（以下简称秦山一期）的主蒸汽隔离阀进行比较，分析两者的优劣。
关键词：主蒸汽隔离阀液压系统C2 调试
中图分类号：TK24 文献标识码：A 文章编号：
引言
主蒸汽隔离阀是核安全保护设施，其作用是在核电厂主蒸汽或主给水管道破裂时，起隔离作用以保护反应堆。根据安全事故防范的要求，主蒸汽隔离阀在保护信号作用或上下游管道破裂时，在5秒钟内快速关闭，以保证一、二回路的迅速隔离，对二回路事故应急和核安全保障起着十分重要的作用。
与秦山一期自蒸汽驱动式隔离阀不同，C2主蒸汽隔离阀采用的是液压控制阀。
C2主蒸汽隔离阀简介
图一 液压执行机构结构
C2主蒸汽隔离阀是西班牙BABCOCK公司生产的液压控制阀。BABCOCK公司主要生产了4台隔离阀，2台主蒸汽隔离阀和2台主给水隔离阀。这4台隔离阀的阀体是由BABCOCK公司制造的，其液压执行机构是由美国HILLER公司提供的。
执行机构的主要构成部分有：油箱、油泵、油泵电机、蓄能器及控制油路组成。蓄能器、油箱、油泵及油泵电机组成动力系统；电磁阀、压力开关组成保护控制系统。
蓄能器
蓄能器实质上是一个储存压力流体的腔室，靠气体（氮气）的可压缩性使不可压缩流体的能量得以存储，以备做有用功。8RAH-H001液压控制系统所用蓄能器为囊式蓄能器。蓄能器内腔有胶囊，胶囊把蓄能器内部空间分隔为两部分：囊内装氮气，囊外装液压油。初始气囊内充压至1200psi，当油泵将液压油压入蓄能器时，胶囊受压变形，气体体积随压力增加而减少，液压油被逐步储存。若隔离信号来，电磁阀失电，蓄能器将高压液压油排出，使隔离阀快速关闭。
油泵
油泵的作用：一是慢开慢关时向阀门活塞腔内注油，使阀门实现慢开慢关动作。二是蓄能器压力低时，油泵自启，向蓄能器内充油，以使蓄能器内油压始终维持在比较高的水平，在快关信号来临时阀门能够迅速响应。
C2主蒸汽隔离阀的控制方式有慢开慢关、快关及10%带载动作3中控制方式。
控制原理介绍
C2主蒸汽隔离阀控制原理
主蒸汽隔离阀液位执行机构的侧面装有10个电磁阀，6个压力开关，通过电磁阀的得失电来控制进入阀门执行机构活塞腔油路通断，从而实现阀门的正常开关及快关隔离作用。
图二 液压隔离阀慢开慢关油路图
油泵，SV1慢关电磁阀，SV2慢开电磁阀，阀门执行机构
慢开慢关 主蒸汽隔离阀的慢开慢关由慢开慢关电磁阀SV1/SV2的得失电来控制。就地或主控控制开关置于开位，电机启动，慢开电磁阀SV2得电，高压油通过电磁阀一路进入隔离阀下活塞腔，顶开阀门，同时另一路顶开逆止阀7.2，使上活塞腔油可以通过电磁SV1泄入油箱，阀门打开。
就地或主控控制开关置于关位，电机启动，慢关电磁阀SV1得电，高压油通过电磁阀一路进入隔离阀上活塞腔，关闭阀门，同时另一路顶开逆止阀7.1，使下活塞腔油通过电磁SV2泄入油箱，阀门关闭。
图四 10%带载动作试验电路图
10%带载试验 为验证正常运行时阀门动作的可靠性，需定期对主蒸汽隔离阀的驱动执行机构在满功率运行时进行部分关闭模拟试验，即10%带载动作试验。在阀门10%关行程处有一行程开关，其常闭触点引出线串接至10%带载动作控制回路中。试验时，主控控制开关置于就地位置，就地试验开关打至10%CL位，阀门即可关闭，关至10%时，行程开关触点打开，回路失电，控制回路复位，阀门重新打开。10%带载动作控制回路电路图如图四。
快关 主蒸汽隔离阀快关通过快关电磁阀SV3-SV10的得失电来控制。快关控制回路如图三所示，控制油路共设置了4组快关电磁阀，两个换向阀，构成两个独立的控制通道，当任一通道失去油压都会触发隔离阀快关动作。其中换向阀22.2与SV3/SV4/SV5/SV6为一通道，换向阀22.3与SV7/SV8/SV9/SV10为另一通道。在正常工作时两通道电磁阀均处于得电状态，在控制油压的作用下，蓄能器内油压处于隔离状态，快关不起作用。
每个控制通道可以允许单独一组电磁阀失电，而不引起主蒸汽隔离阀快关动作，当且仅当相应通道的两组电磁阀同时动作，才会引起隔离阀的快关动作。这样设计的优点一是增加了系统的可靠性，二是可以在不影响阀门状态的情况下，检查电磁阀的是否能正常动作。
在正常工作时两组电磁阀均处于得电状态，控制油压通过（shuttle valve）作用于DIN.CART VALVE，隔断快关油压。当隔离信号发出后，电磁阀失电，控制油压经电磁阀泄回油箱，shuttle valve 失去控制油，DIN.CART VALVE在弹簧作用下打开，失去对快关油压的阻断，蓄压器内高油压通过DIN.CART VALVE 16.1、16.2进入阀门油缸上压腔，同时下压腔油通过DIN.CART VALVE 1、5回到油箱，从而达到快关。
图三 液压隔离阀快关
保护和联锁
双通道冗余设计
C2主蒸汽隔离阀的快关隔离部分采用了双通道冗余设计，设有两条独立的快关油路，任一一条或两条油路接通都会使阀门快关。快关控制油路如图三所示，控制油路共设置了4组快关电磁阀，两个换向阀，构成两个独立的控制通道，当任一通道失去油压都会触发隔离阀快关动作。其中换向阀22.2与SV3/SV4/SV5/SV6为一通道，换向阀22.3与SV7/SV8/SV9/SV10为另一通道。单组电磁阀失电阀门不会动作。在正常工作时两通道电磁阀均处于得电状态，在控制油压的作用下，蓄能器内油压处于隔离状态，快关不起作用。
为验证隔离阀快关电磁阀动作的可靠性，需对电磁阀进行定期动作试验。在就地操作面板上设有试验切换开关组件，可分别对单独一组电磁阀进行失电试验，而不影响隔离阀状态。
油位保护
为保护油泵电机，防止电机空转，在油箱内安装了两只油位开关，分别用于低油位报警和低低油位联锁停泵。其停泵逻辑控制如图七。
油位开关为磁性浮球开关，为防止泵启动后，油箱内压力过大引起浮球变形，在油箱的顶部装有呼吸器，连通外界大气。
蓄能器压力联锁
蓄能器气侧空间设有蓄能器压力低开关，蓄能器油压入口管设有蓄能器压力高开关。当蓄能器压力低时，自动启动控制油泵，向蓄能器充油，以使隔离阀在紧急情况下有足够的能量进行快关。压力到达5000psi后，自动停泵。
C2主蒸汽隔离阀调试
C2调试面临的主要问题是调试时间紧、备品件不易采购、调试人员及工器具缺乏。主蒸汽隔离阀在运输、存储及安装等环节中存在诸多问题，因此在调试时遇到了比较多的问题。主要有以下几点。
蓄能器压力开关及电磁阀O型圈老化
由于设备采购时间比较长，加上在C2现场设备存储条件不佳，在蓄能器充氮及蓄能的过程中，导致阀门多处密封元件损坏，给调试带来极大困难。密封元件损坏，造成的后果有：
1）氮气泄漏，系统压力无法维持。
2）高压氮气消耗量极大，而且不易采购。
3）电磁阀O型圈老化导致高压液压油外泄，洒落到保温棉上，在升温过程中有着火的风险。
4）隔离阀在设备采购时没有采购O型圈备件，因此在采购备件时只能在国内采购后再带到巴基斯坦，无形中加厂了调试周期。
油位开关
油箱内安装有两个浮子液位开关，用以报警及联锁停泵，但是在调试过程中联锁停泵的功能无法实现。在排除设计方面的原因后，问题锁定在油位开关。由于于油位开关与油箱一体化设计，只能对
图五 浮球液位开关
阀门油箱进行解体才能取出对其进行检查。油箱解体拆除油位开关后，发现开关浮子已严重变形，在油箱中不能正常浮起，无法反应油位变化。经向设备安装人员了解，在油箱上端盖有开口用以安装呼吸器，由于在设备安装时没有安装呼吸器，致使在泵运行时将浮球压瘪。
控制回路设计存在的缺陷
调试过程中主控报警功能无法实现，调试人员观看设计图之后，发现图纸存在设计缺陷，只有主控控制开关置于就地位置时才能实现报警功能。控制回路采用220V交流电源，报警回路电源为24V直流电，通过开关电源将220V交流电转变为直流电，只有将控制开关置于就地，002KA得电时，开关电源才能工作。原设计图如图六。
图六 报警回路原设计方案
后经与设计院沟通后，设计院修订后，主控报警功能实现。
与秦山一期主蒸汽隔离阀优缺点比较
秦山核电一期主蒸汽隔离阀采用的是瑞士Sulzer公司生产的自蒸汽驱动式隔离阀，其动力操作系统是由位于主蒸汽管道上的阀门本体和三个先导式电磁阀组成，如图七。
图七 秦山一期主蒸汽隔离阀动力操作系统
正常运行时号电磁阀处于失电状态，在接收到隔离信号后，号电磁阀得电使蒸汽进入上压腔，使得阀门迅速关闭，阀门关闭时间一般在1s以内。此种阀门只能快关不能实现慢关。
阀门没有相关冗余设计的考虑，在正常运行时无法验证阀门动作的可靠性。
液压式隔离阀与自蒸汽式隔离阀的优缺点比较
通过对C2主蒸汽隔离阀调试遇到的问题与秦山核电站主蒸汽隔离阀运行维护经验，可以得出以下液压式主蒸汽隔离阀有以下优点
1）可实现慢开慢关功能，并可以在机组运行期间进行局部行程试验。
2）在电厂开堆并网主蒸汽压力未建立前自蒸汽式隔离阀无法将阀门打开，液压驱动式阀门则可随时开关。
3）相比自蒸汽式隔离阀在正常运行期间存在一定的蒸汽泄漏量，液压式隔离阀密封效果更好，不存在额外的热损耗。
4）阀门本体为平行闸阀，本体结构简单，维护简单。
同时也存在以下缺点：
1）由于附加了额外的动力源，使得阀门及附件体积庞大，附属设备繁杂，因此日常维护工作量大大增加，液压油及氮气也使维护成本增加。
2）主蒸汽隔离阀所处环境较为恶劣，而液压动力系统使用了大量的液压密封元件在此中环境中易产生老化疲劳。若在运行期间发生密封件因老化而造成的泄漏，必须停堆更换原件，因此运行可靠性降低 。
参考文献
[1] 核电站主蒸汽隔离阀选型比较 蔡云良 流体机械 2003年第31卷第11期