海南核电主蒸汽安全阀内漏问题分析

杨家兴 刘 滔 邢 孟

（海南核电有限公司 海南昌江）

一、概述

主蒸汽安全阀用于主蒸汽与主蒸汽管道及蒸汽发生器在瞬态事故情况下的超压保护，保证二回路压力边界的完整性。与火电机组不同，核电的主蒸汽系统介质主要为饱和蒸汽，事故情况下，主蒸汽系统的介质可能为汽水混合物或带放射性的水等（如蒸汽发生器传热管断裂、一回路向二回路泄漏的事故工况）。这就要求主蒸汽安全阀在系统介质为饱和蒸汽、汽水混合等工况下均要具有稳定的泄压排放功能。要求主蒸汽安全阀的定值要准确，精度高，既要防止安全阀的误开、提前开，又要防止卡开和不回座。安全阀的不回座直接等于二回路大破口事故，因此主蒸汽安全阀必须要有可靠的开启和关闭功能。

二、2种结构主蒸汽安全阀的对比

主蒸汽安全阀需要满足准确开启、适时全开、稳定排放、及时关闭、密封可靠等要求。在核电站主蒸汽系统上，主要使用2种结构形式的主蒸汽安全阀。一种为直接作用弹簧式安全阀，另一种为先导式安全阀。两种核电站安全阀在核电站主蒸汽系统上均有着使用业绩。

1.适用介质

直接作用弹簧式主蒸汽安全阀适用于一种流体状态，在纯饱和蒸汽状态或过热蒸汽状态下工作性能较佳。系统内介质多变或多种工况并存的情况下安全阀性能不稳定。一般在多相流体工况，安全阀起跳后应安排检修工作。先导式主蒸汽安全阀由于不需要弹簧式安全阀的调节环和反作用环，能够使用任何流体状态。

2.密封性

直接作用式安全阀在系统压力远低于起跳设定值时密封性好。系统压力越接近起跳设定值，泄漏量越大。先导式安全阀开始发生泄漏时的压力非常接近其起跳设定值，且泄漏基本为渗漏，泄漏量非常小。对于主阀来说，主阀的阀芯和阀座的密封比压随着系统压力的升高而加大，系统压力越高越接近起跳设定值，其密封性能越好。且由于弹簧式安全阀的弹簧易受介质的影响，起跳设定值的准确性不如先导式安全阀。

3.回座及密封性能

弹簧式安全阀的回座力是有弹簧力与系统压力作用在阀瓣上的力之差，因此安全阀起跳后的回座压力较小，容易发生安全阀不回座或晚回座现象。安全阀回座后其密封比压较小，容易产生泄漏。先导式安全阀的先导阀回座后，主阀能在很高的回座下实现可靠的关闭。回座时系统的压力越高，其回座力越大，回座后的密封面上的密封比压也越高，与起跳前的密封比压一样，能很快恢复到完全密封性能。

4.安全阀的排放能力

弹簧式安全阀要做到大口径比较难，同时受到弹簧变形量的限制，安全阀阀瓣的开启行程较小，因此单个安全阀排放能力有限。先导式安全阀的主阀可以做到大口径，同时阀瓣的形成不像弹簧式安全阀那样受限制，行程可以比较大，因此先导式安全阀排放能力可根据实际需要进行设计。

三、海核主蒸汽安全阀参数

海南核电主蒸汽系统有2根主蒸汽管线，每根管线分别与1台主蒸汽出口接管相连。2根管线分别在各自的贯穿件处出安全壳，通过主蒸汽隔离阀的管廊后进入汽轮机厂房，然后合并成1根公共的母管。海南核电主蒸汽安全阀与参考电站一致，采用弹簧式安全阀，每根主蒸汽管线有7台直接向大气排放蒸汽的弹簧加载式安全阀，安全阀实际整定值稍有不同，第一组阀门（2台）整定值8.5 MPa；第二组阀门（5台）整定值8.7 MPa。

安全阀性能参数包括，安全和规范等级2级，抗震类别1A，设计压力8.6 MPa，设计温度316℃，运行温度（满负荷）283℃，运行温度（热停堆）292℃，要求流量最大478 t/h；最小420.9 t/h，整定压力，第一组8.5 MPa，第二组8.7 MPa。

四、引起密封面泄漏的几种情况

安全阀密封面一般由金属材料制成，即使经过精密的加工，阀门很难做到绝对的密封。引起阀门密封面泄漏的情况有6种。

（1）密封面进入异物。杂质和脏物落到密封面上，会造成阀瓣与阀座间存在间隙，导致泄漏。需要清除密封面上的异物并且重新研磨密封面。

（2）密封面损伤。造成密封面损伤的主要原因：由于密封面材料不良，使其在长期恶劣环境中发生锈蚀；在多次起跳或长时间工作后，密封面出现磨损；密封面在堆焊工序存在缺陷，在使用过程中暴露。需要根据损伤程度和原因对密封面进行研磨或者重新加工密封面。

（3）密封面宽度大。弹簧压力一定的情况下，密封面宽度大，密封压强小，若该压强低于工作压强，将造成泄漏。处理办法是重新加工密封面至合理尺寸，并研磨后使用。

（4）零件卡阻。阀杆、衬套或阀瓣等零件存在卡阻，致使阀瓣回坐后不能完全密封。处理方法是拆解阀门，消除卡阻。

（5）装配不当。由于阀门密封面采用金属材料，阀瓣和阀座的平面度以及同轴度对密封性能有根本影响。阀杆、弹簧、衬套、阀瓣等零件装配精度，尤其是同轴度直接影响阀门密封性能。阀瓣和阀座未完全对正、弹簧与阀杆间隙太大及阀杆中心线不正等均可能造成阀门泄漏。处理方法是重新拆装，装配时保证阀瓣周围配合间隙的大小及均匀性，保证阀杆、弹簧和阀瓣的同轴度等配合尺寸精度。

（6）弹簧失效或者压紧力不足。在弹簧直接载荷式安全阀中，弹簧质量对阀门的性能影响很大。长时间使用后弹簧可能出现永久性变形失效、刚度减小或接触面不平行等问题，造成阀门泄漏。处理方法是更换弹簧或对弹簧进行修磨，并调整压紧力。

五、海核主蒸汽安全阀内漏分析

海南核电主蒸汽安全阀采用弹簧式安全阀。在1号机组热态试验期间，1月31日20:31分，执行完PT 1RCP 002后准备升温时发现1VVP103VV内漏。经过对1VVP103VV阀门进行解体，在解体过程中发现喷嘴环与阀瓣保持架有轻微顶紧现象，根本原因为喷嘴环在装配过程中调整不到位，调整位置较高。阀瓣与阀瓣保持架为螺纹连接。喷嘴环与阀瓣保持架顶紧后，阀瓣不能回落到正常位置，造成阀门内漏。

阀门解体后，由于蒸汽内漏，阀瓣造成冲蚀，厂家人员对阀座和阀瓣进行研磨，对密封面采用单色光检测，产生2条同心干涉条纹，符合平整度要求。阀门进行回装。经过测试，安全阀功能正常，没有再发生内漏现象。平整度检查标准见表1。

表1 平整度检查标准

六、结论

主蒸汽安全阀为核级阀门，属于CC1级关键设备。阀门密封不严，将使一回路蒸汽流失，导致一回路过冷。使SG汽水失配，产生低压信号，造成停堆。此次安全阀内漏根本原因为阀门装配不当。通过对阀门进行重新拆装，对阀瓣在装配时保证阀瓣周围配合间隙的大小及均匀性，保证阀杆、弹簧和阀瓣的同轴度等配合尺寸精度。彻底解决了海南核电热试期间主蒸汽安全阀内漏的问题。