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氣動調節閥在核電廠中如何應用及維護?
發布于：2019/9/17 9:39:27 點擊量：300
氣動調節閥在核電廠的核島主輔系統及三廢系統、常規島及BOP系統中都有廣泛的應用，須滿足耐高溫高壓、耐腐蝕、抗輻照、以及抗震等其中若干特殊要求的核級或非核級設備，在工藝過程中對流量、壓力、溫度、液位等工藝參數進行遠程自動控制，保證工藝系統的正常運行和安全生產，對核電廠的核安全起著至關重要的作用。
因此，針對氣動調節閥在核電廠的調試、運行、維護等實際應用中所出現的各種問題進行詳細分析。
1 氣動調節閥及工作原理
1.1 氣動調節閥的結構及類型
氣動調節閥由氣動執行機構和閥體以及附件三部分組成。氣動執行機構分為薄膜式和活塞式；閥體按其行程可分為直行程和角行程兩種，按其結構分為直通單座閥、直通雙座閥、套筒閥、角形閥、隔膜閥、蝶閥、球閥，按閥芯的流量特性分類有直線型、等百分比型、快開型、拋物線型等，按調節形式分為兩位式、斷開型、調節型、切斷調節型，按安全失效模式分為故障開、故障關、故障保位；附件包括定位器、E/P電氣轉換器、過濾減壓閥、流量放大器、手輪機構等。
1.2 氣動調節閥的工作原理
氣動調節閥是以氣動執行機構與閥體組成的各類氣動控制閥門，它以干燥潔凈的壓縮空氣為動力源，以氣缸或薄膜氣室為執行器，并借助于電氣閥門轉換器/定位器、電磁閥、空氣過濾減壓閥、限位開關等輔助部件，當轉換器或定位器接收來自控制器或控制系統中4mA～20mA弱電信號，輸出20kPa～100kPa氣壓信號來使氣動執行機構平衡氣室氣體壓力與彈簧力，從而使閥桿帶動閥芯移動，改變閥芯與閥座的通流面積完成對閥門開度調節，通過改變介質流量最終實現對壓力、溫度、流量、液位等工藝參數的精確控制。
2 氣動調節閥的調試
氣動調節閥在使用之前，重點通過對彈簧預緊力、中性點、E/P轉換器、定位器等的調試來滿足閥門的行程、閥門位移線性、開關時間、泄漏量等性能指標。調試前，（1）工藝管道必須嚴格的吹掃合格；（2）手輪機構應處于“釋放”位置；（3）檢查減壓閥供氣壓力是否達到供氣要求。
2.1 預緊力（BenchSet）調整方法
（1）為避免閥關不死或打不開，須在執行機構安裝到閥體之前進行調校。
（2）根據閥門銘牌要求的預緊力上、下限值，采用簡單專用調整工具調整彈簧的初始彈簧力。
（3）通過充氣排氣使閥門開關幾次以確定氣動頭移動順暢。
（4）對氣動頭打壓，記錄氣動頭連桿剛剛移動的壓力值并與閥門銘牌上的下限預緊力對比，調整彈簧預緊力調整螺母，直到使氣動頭連桿剛好移動時的氣壓讀數為下限值。
（5）繼續使氣壓增加到上限值，當氣動頭連桿向閥體方向移到盡頭時，在閥桿上做好參照標記。
（6）緩慢地將氣動頭氣壓降回下限值，記錄閥桿標記到氣動頭連桿末端的距離，其與閥門銘牌行程一致，如果一致，彈簧預緊力調整完畢，證明閥門在自然狀態獲得足夠關閉或開啟力，否則需要更換彈簧，重新安裝并按照上述步驟重新進行預緊力的調整。
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3.2 中性點（NEUTRALPOINIT）的設置
中性點就是手輪調整到不影響自動調節的位置，它可能是一個點也可能是一個區，中性點設置過高引起內漏，設置過低容易導致流量不足。通常閥門隔離或自動失效情況下，往往可以通過破壞氣動調節閥的中性點來實現閥門的全開、全關或保持某一開度。通常的中性點設置只需把手輪滑塊的中性點指針對準標尺上的中性點標線即可，也可以通過手感進行調節“，失氣開”的氣動閥中性點設置，應使氣動閥置于失氣全開位置，手輪順時針朝關的方向旋轉直到感覺到阻力說明手動桿達到導套下止位，然后再逆時針朝開的方向旋轉1/2圈即可“；失氣關”的氣動閥中性點設置，應使氣動閥置于失氣全關位置，手輪逆時針朝開的方向旋轉直到感覺到阻力說明手動桿達到導套上止位，然后再順時針朝關的方向旋轉1/2圈即可；調到中性點位置后用手輪桿鎖緊器鎖緊。
2.3 電氣轉換器（E/P）的校驗
（1）利用電流源提供4mA～20mA直流電流信號，SAR提供壓縮空氣。
（2）以正作用型氣動調節閥為例進行如下調校，其輸出壓力必須滿足精度要求。
（3）零點調整，輸入4mA電流信號，旋轉零位調整螺絲，讀取壓力表數據，直到輸出壓力20kPa為止。
（4）量程調整，輸入20mA電流信號，調整量程調整螺絲，直到輸出壓力100kPa為止。
（5）線性檢查，分別輸入8、12、16mA，輸出壓力依次為40、60、80kPa。
（6）重復上述步驟，直到滿足精度要求。
2.4 閥門定位器的校驗
（1）以E/P轉換器來的20kPa～100kPa的壓力信號作為定位器的輸入信號，首先打開定位器的氣源，檢查定位器工作順暢。
（2）將輸入信號調到量程的一半，打開氣源，這時定位器旋轉臂應在水平位置，閥門對應50％開度，否則檢查是否存在泄漏或定位器凸輪安裝是否得當。
（3）零點調整，使定位器輸入為零點，擰松噴嘴鎖定螺絲，調整噴嘴直到閥門對應全關（或全開）位置。
（4）量程調整，使定位器輸入為滿度，調整噴嘴擋板的位置，使閥門對應全開（或全關）位置。
（5）分別在20、40、60、80、100kPa輸入壓力，檢查閥門是否滿足對應0%、25%、50%、75%、100%開度要求，否則進行反復調整。
3 調試過程中常見問題分析
調試過程中，針對調試過程中經常出現的閥門內漏、外漏、開關時間不合格、開關不到位等問題，將其氣動調節閥所存在的問題的原因主要分為控制元件故障、執行機構故障、閥體故障。
3.1 控制元件故障
為了保證氣動調節閥滿足穩、準、快的要求，解決由于閥位反饋測量不準或氣動閥門定位器故障引起的控制器開度與閥門開度不一致問題，須對氣動調節閥進行整體性調校驗證，控制器將輸入信號平穩地按增大和減小方向輸入電氣轉換/定位器，測量各點對應的閥門開度（行程）是否滿足控制要求。主要分為5個關鍵調校點：0%、25%、50%、75%、100%開度進行驗證，通過相應的調節機構分別對0%開度和其它開度進行整定，使手操器或DCS系統開度與現場閥門開度一致。由于無法確定調節閥的實際行程值，始點和終點兩個關鍵點必須調準，不然會導致閥門關閉不嚴導致內漏發生或調節精度不夠。其中作為閥門控制附件的電/氣閥門定位器實質是電/氣轉換器和氣動定位器的組合儀表，將電信號轉化成氣壓信號，然后轉化成執行器的位移，并且可以通過閥門位移反饋使閥門按照控制要求達到目標開度，根據問題重點檢查氣室管路泄露、節流孔堵塞、擋板位置及光潔度、電磁線圈是否斷線、零點量程調整是否正確、調零彈簧是否變形、凸輪及反饋桿安裝位置、正負極接線是否正確等。
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3.2 執行機構故障
氣動執行機構要求既要有足夠的推力，同時死區又較小，它要克服閥塞的不平衡力、閥門關閉等級要求的閥座負荷、填料及閥內件摩擦力等各種阻力。氣動執行機構分為薄膜式和活塞式，薄膜式主要有膜室、膜片、彈簧、推桿、彈簧調整件、限位裝置、手輪機構等零部件組成，其結構簡單、工作可靠，薄膜式氣動調節閥通常安裝在要求反應速度快的小口徑管道上，故障時重點檢查膜片、密封環、緊固推盤、閥桿緊固螺栓、膜室螺栓、彈簧及預緊力、閥桿光潔度以及彎曲度、執行器工作氣壓；活塞式主要由缸體、活塞、密封環、閥桿、手輪機構等零部件組成，其具有控制閥門的開關可提供較大行程、可提供足夠所需關閉力、具有一定開關速度，與薄膜式相比，執行機構允許操作壓力更高，因此輸出推力大，一般安裝在口徑較大且反應靈敏的管道上，但價格也較高，故障時主要檢查活塞密封環、缸體內壁、柱塞推桿是否磨損、執行器工作氣壓、氣室密閉性、閥門行程。
3.3 閥體故障
故障時主要檢查的內容：閥體內壁的耐壓、耐腐蝕情況；閥座因螺紋內表面腐蝕使其松動或沖壞；閥芯因腐蝕、磨損引起的松動；膜片、O形圈、密封墊的老化、破損；密封填料的老化、干涸引起的破損。
4 調試過程實例分析
以秦山某核電廠的專設安全設施中的余熱排出系統的RRA013/024/025VP為例，通過主控室或應急停堆盤的手操器遠程手動控制流量和溫度，其各配備一個電-氣轉換器，運行壓力4.7MPa，運行溫度180℃，啟閉時間60s，如果在發生動力源故障（斷氣、斷電、斷信號），閥門必須保持原位，以延長對反應堆堆芯的冷卻時間，及時排出堆芯余熱，提高核電廠安全性。在調試過程中，必須做氣動調節閥做閥門保壓試驗，由儀表用壓縮空氣分配系統SAR供0.9MPa～1MPa（abs）的壓縮空氣，用手動控制站405RC調節RRA024和025VP，使RRA006MD上總的流量約為1140m3/h時，RRA024、025VP和013VP的閥位相同，然后將主控KSC的RRA013VP的手操器RRA404RC由自動打為手動，消除冷卻劑流量波動對閥門開度的影響，切斷氣源，保壓時間不少于2h，檢查其閥門開度變化來判斷氣室壓力是否下降，經檢查閥門RRA024VP不能保壓。經綜合分析，問題應該出在氣路故障，按照由易到難的原則利用檢漏液進行如下排查：（1）氣路泄露檢查；（2）氣室氣密性檢查，經檢查驗證，發現起保壓作用的保壓閥出現氣體泄露問題，采取更換保壓閥，并重新充氣進行保壓試驗，最終驗證了該氣動調節閥滿足故障保位的功能要求。
5 結語
針對氣動調節閥在核電廠調試過程遇到的常見問題，根據其現象進行了分析研究。核電機組調試在整個核電站的建設過程中，上承設計、施工、安裝、下接機組商業運行，調試是驗證其前期階段可靠性，確保核電機組安全投運的關鍵環節。調試過程中必須嚴格按照調試標準和規程進行，根據調試過程所出現的問題進行分析討論解決，確保機組商運的安全。
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