气动调节阀在核电厂中的应用及常见问题分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国核电工程有限公司 作者:李攀峰

  针对气动调节阀在核电厂的应用及工作原理进行了简单介绍,并根据其在机组调试过程中遇到的各种问题及解决方法进行具有针对性的讨论和分析,确保其在核电厂运行中的安全性。

  气动调节阀在核电厂的核岛主辅系统及三废系统、常规岛及BOP系统中都有广泛的应用,须满足耐高温高压、耐腐蚀、抗辐照、以及抗震等其中若干特殊要求的核级或非核级设备,在工艺过程中对流量、压力、温度、液位等工艺参数进行远程自动控制,保证工艺系统的正常运行和安全生产,对核电厂的核安全起着至关重要的作用。

  因此,针对气动调节阀在核电厂的调试、运行、维护等实际应用中所出现的各种问题进行详细分析。

1、气动调节阀及工作原理

1.1、气动调节阀的结构及类型

  气动调节阀由气动执行机构和阀体以及附件三部分组成。气动执行机构分为薄膜式和活塞式;阀体按其行程可分为直行程和角行程两种,按其结构分为直通单座阀、直通双座阀、套筒阀、角形阀、隔膜阀、蝶阀球阀,按阀芯的流量特性分类有直线型、等百分比型、快开型、抛物线型等,按调节形式分为两位式、断开型、调节型、切断调节型,按安全失效模式分为故障开、故障关、故障保位;附件包括定位器、E/P电气转换器、过滤减压阀、流量放大器、手轮机构等。

1.2、气动调节阀的工作原理

  气动调节阀是以气动执行机构与阀体组成的各类气动控制阀门,它以干燥洁净的压缩空气为动力源,以气缸或薄膜气室为执行器,并借助于电气阀门转换器/定位器、电磁阀、空气过滤减压阀、限位开关等辅助部件,当转换器或定位器接收来自控制器或控制系统中4mA~20mA弱电信号,输出20kPa~100kPa气压信号来使气动执行机构平衡气室气体压力与弹簧力,从而使阀杆带动阀芯移动,改变阀芯与阀座的通流面积完成对阀门开度调节,通过改变介质流量最终实现对压力、温度、流量、液位等工艺参数的精确控制。

2、气动调节阀的调试

  气动调节阀在使用之前,重点通过对弹簧预紧力、中性点、E/P转换器、定位器等的调试来满足阀门的行程、阀门位移线性、开关时间、泄漏量等性能指标。调试前,(1)工艺管道必须严格的吹扫合格;(2)手轮机构应处于“释放”位置;(3)检查减压阀供气压力是否达到供气要求。

2.1、预紧力(BenchSet)调整方法

  (1)为避免阀关不死或打不开,须在执行机构安装到阀体之前进行调校。

  (2)根据阀门铭牌要求的预紧力上、下限值,采用简单专用调整工具调整弹簧的初始弹簧力。

  (3)通过充气排气使阀门开关几次以确定气动头移动顺畅。

  (4)对气动头打压,记录气动头连杆刚刚移动的压力值并与阀门铭牌上的下限预紧力对比,调整弹簧预紧力调整螺母,直到使气动头连杆刚好移动时的气压读数为下限值。

  (5)继续使气压增加到上限值,当气动头连杆向阀体方向移到尽头时,在阀杆上做好参照标记。

  (6)缓慢地将气动头气压降回下限值,记录阀杆标记到气动头连杆末端的距离,其与阀门铭牌行程一致,如果一致,弹簧预紧力调整完毕,证明阀门在自然状态获得足够关闭或开启力,否则需要更换弹簧,重新安装并按照上述步骤重新进行预紧力的调整。

2.2、中性点(NEUTRALPOINIT)的设置

  中性点就是手轮调整到不影响自动调节的位置,它可能是一个点也可能是一个区,中性点设置过高引起内漏,设置过低容易导致流量不足。通常阀门隔离或自动失效情况下,往往可以通过破坏气动调节阀的中性点来实现阀门的全开、全关或保持某一开度。通常的中性点设置只需把手轮滑块的中性点指针对准标尺上的中性点标线即可,也可以通过手感进行调节“,失气开”的气动阀中性点设置,应使气动阀置于失气全开位置,手轮顺时针朝关的方向旋转直到感觉到阻力说明手动杆达到导套下止位,然后再逆时针朝开的方向旋转1/2圈即可“;失气关”的气动阀中性点设置,应使气动阀置于失气全关位置,手轮逆时针朝开的方向旋转直到感觉到阻力说明手动杆达到导套上止位,然后再顺时针朝关的方向旋转1/2圈即可;调到中性点位置后用手轮杆锁紧器锁紧。

2.3、电气转换器(E/P)的校验

  (1)利用电流源提供4mA~20mA直流电流信号,SAR提供压缩空气。

  (2)以正作用型气动调节阀为例进行如下调校,其输出压力必须满足精度要求。

  (3)零点调整,输入4mA电流信号,旋转零位调整螺丝,读取压力表数据,直到输出压力20kPa为止。

  (4)量程调整,输入20mA电流信号,调整量程调整螺丝,直到输出压力100kPa为止。

  (5)线性检查,分别输入8、12、16mA,输出压力依次为40、60、80kPa。

  (6)重复上述步骤,直到满足精度要求。

2.4、阀门定位器的校验

  (1)以E/P转换器来的20kPa~100kPa的压力信号作为定位器的输入信号,首先打开定位器的气源,检查定位器工作顺畅。

  (2)将输入信号调到量程的一半,打开气源,这时定位器旋转臂应在水平位置,阀门对应50%开度,否则检查是否存在泄漏或定位器凸轮安装是否得当。

  (3)零点调整,使定位器输入为零点,拧松喷嘴锁定螺丝,调整喷嘴直到阀门对应全关(或全开)位置。

  (4)量程调整,使定位器输入为满度,调整喷嘴挡板的位置,使阀门对应全开(或全关)位置。

  (5)分别在20、40、60、80、100kPa输入压力,检查阀门是否满足对应0%、25%、50%、75%、100%开度要求,否则进行反复调整。

3、调试过程中常见问题分析

  调试过程中,针对调试过程中经常出现的阀门内漏、外漏、开关时间不合格、开关不到位等问题,将其气动调节阀所存在的问题的原因主要分为控制元件故障、执行机构故障、阀体故障。

3.1、控制元件故障

  为了保证气动调节阀满足稳、准、快的要求,解决由于阀位反馈测量不准或气动阀门定位器故障引起的控制器开度与阀门开度不一致问题,须对气动调节阀进行整体性调校验证,控制器将输入信号平稳地按增大和减小方向输入电气转换/定位器,测量各点对应的阀门开度(行程)是否满足控制要求。主要分为5个关键调校点:0%、25%、50%、75%、100%开度进行验证,通过相应的调节机构分别对0%开度和其它开度进行整定,使手操器或DCS系统开度与现场阀门开度一致。由于无法确定调节阀的实际行程值,始点和终点两个关键点必须调准,不然会导致阀门关闭不严导致内漏发生或调节精度不够。其中作为阀门控制附件的电/气阀门定位器实质是电/气转换器和气动定位器的组合仪表,将电信号转化成气压信号,然后转化成执行器的位移,并且可以通过阀门位移反馈使阀门按照控制要求达到目标开度,根据问题重点检查气室管路泄露、节流孔堵塞、挡板位置及光洁度、电磁线圈是否断线、零点量程调整是否正确、调零弹簧是否变形、凸轮及反馈杆安装位置、正负极接线是否正确等。

3.2、执行机构故障

  气动执行机构要求既要有足够的推力,同时死区又较小,它要克服阀塞的不平衡力、阀门关闭等级要求的阀座负荷、填料及阀内件摩擦力等各种阻力。气动执行机构分为薄膜式和活塞式,薄膜式主要有膜室、膜片、弹簧、推杆、弹簧调整件、限位装置、手轮机构等零部件组成,其结构简单、工作可靠,薄膜式气动调节阀通常安装在要求反应速度快的小口径管道上,故障时重点检查膜片、密封环、紧固推盘、阀杆紧固螺栓、膜室螺栓、弹簧及预紧力、阀杆光洁度以及弯曲度、执行器工作气压;活塞式主要由缸体、活塞、密封环、阀杆、手轮机构等零部件组成,其具有控制阀门的开关可提供较大行程、可提供足够所需关闭力、具有一定开关速度,与薄膜式相比,执行机构允许操作压力更高,因此输出推力大,一般安装在口径较大且反应灵敏的管道上,但价格也较高,故障时主要检查活塞密封环、缸体内壁、柱塞推杆是否磨损、执行器工作气压、气室密闭性、阀门行程。

3.3、阀体故障

  故障时主要检查的内容:阀体内壁的耐压、耐腐蚀情况;阀座因螺纹内表面腐蚀使其松动或冲坏;阀芯因腐蚀、磨损引起的松动;膜片、O形圈、密封垫的老化、破损;密封填料的老化、干涸引起的破损。

4、调试过程实例分析

  以秦山某核电厂的专设安全设施中的余热排出系统的RRA013/024/025VP为例,通过主控室或应急停堆盘的手操器远程手动控制流量和温度,其各配备一个电-气转换器,运行压力4.7MPa,运行温度180℃,启闭时间60s,如果在发生动力源故障(断气、断电、断信号),阀门必须保持原位,以延长对反应堆堆芯的冷却时间,及时排出堆芯余热,提高核电厂安全性。在调试过程中,必须做气动调节阀做阀门保压试验,由仪表用压缩空气分配系统SAR供0.9MPa~1MPa(abs)的压缩空气,用手动控制站405RC调节RRA024和025VP,使RRA006MD上总的流量约为1140m3/h时,RRA024、025VP和013VP的阀位相同,然后将主控KSC的RRA013VP的手操器RRA404RC由自动打为手动,消除冷却剂流量波动对阀门开度的影响,切断气源,保压时间不少于2h,检查其阀门开度变化来判断气室压力是否下降,经检查阀门RRA024VP不能保压。经综合分析,问题应该出在气路故障,按照由易到难的原则利用检漏液进行如下排查:(1)气路泄露检查;(2)气室气密性检查,经检查验证,发现起保压作用的保压阀出现气体泄露问题,采取更换保压阀,并重新充气进行保压试验,最终验证了该气动调节阀满足故障保位的功能要求。

5、结语

  针对气动调节阀在核电厂调试过程遇到的常见问题,根据其现象进行了分析研究。核电机组调试在整个核电站的建设过程中,上承设计、施工、安装、下接机组商业运行,调试是验证其前期阶段可靠性,确保核电机组安全投运的关键环节。调试过程中必须严格按照调试标准和规程进行,根据调试过程所出现的问题进行分析讨论解决,确保机组商运的安全。

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