李攀攀　奚　群（中核核电运行管理有限公司维修五处机械科　浙江海盐）

重水堆除气冷凝器释放阀故障原因分析及对策

李攀攀奚群
（中核核电运行管理有限公司维修五处机械科浙江海盐）

2台除气冷凝器释放阀用作除气冷凝器的安全阀。校验方式与常规的安全阀有所区别，除了必需的整定压力试验和密封试验外，还有一项额外的阻尼力测试。整定压力试验和阻尼力测试试验必须在专门的校验台上开展。在进行这些试验过程中出现一些异常情况，给出解决方案。

重水堆除气冷凝器释放阀整定压力试验

一、重水堆除气冷凝器释放阀介绍

1.阀门设计描述

中核运行三厂重水堆除气冷凝器释放阀是由德国BOPP&REUTHER SR GmbH公司生产的带气动辅助装置的弹簧加载式核1级安全阀，带限位开关，进口为2英寸1500LB级法兰，出口为3英寸300LB级法兰，工作介质为重水，设计压力10.687MPa，设计温度316℃，整定压力10.057±1%MPa（9.956MPa～10.158MPa），密封压力8.05MPa，校验介质为空气。

重水堆除气冷凝器释放阀用于给除气冷凝器提供超压保护功能。该阀门在进口压力达到整定压力时起跳，阀门的开度和行程与压力的增加是成比例的。如果系统压力达到阀门整定压力的1.1倍，阀门将会以至少27 kg/s的排量对系统进行泄压。当系统压力低于整定压力的80%时，阀门将会关闭。为保证阀门的排量，阀门行程不能＜4 mm。

当系统压力≥9.5 MPa时，阀门可以借助气动辅助装置在不超过0.69MPa的供气压力下，达到全开。当系统压力为0时，通过对气动辅助装置供气（供气压力≤0.86 MPa），阀门能够开启最少4 mm。

阀门设计压力＞10 MPa，属于高压阀门。阀门在启闭过程中，不可避免的存在振动现象。一般阀门的振动过程与阀体内介质的流动密切相关。当阀门开始动作时，阀芯阀杆组件会有小幅振动，阀门可能会因此出现颤振。随着阀门开度增加，流量随即增加，阀芯阀杆组件的振动可能会快速增大，阀门的颤振情况可能会愈加剧烈。为避免阀门因振动而损伤，专门加装了阻尼块，这些阻尼块的设计结构及安装方式如图1所示。由图1可以看出，这些阻尼块排列在阀门阀腔的主弹簧内侧，阻尼元件通过上下2个定位环来定位，定位环的上方有一个辅助弹簧，用以给阻尼块提供竖直向下的压力。由于阻尼元件是锥形带弧度的结构，辅助弹簧竖直向下的压力可以产生一个将阻尼元件贴紧阀杆的水平力。因此，作用于阀杆上的机械式阻尼力，可以对阀门的任何位移做出反应。正是由于这些阻尼块的精巧设计，使得阀芯阀杆组件在开启和关闭过程中即使有微小的振动，阻尼块也会即时发挥阻尼作用，以避免阀门出现颤振。

图1　阻尼块结构图及受力图

这些阻尼块由硬质电化石墨制成，这种材料非常合适，因为其阻尼值非常稳定。另外，阻尼块对阀杆提供的向上和向下的阻尼力差别也非常小。这种阻尼块只能应用于介质无法进入阀盖的安全阀，这就需要借助波纹管结构。当阻尼块贴紧阀杆时，阀门的开启也不会受到影响。因为在阀门开启期间，辅助弹簧的压力也只是略微比阻尼力大一些。换言之，即使阻尼块贴紧阀杆，在系统压力无需大量增加的情况下，阀门也能够打开。

安装阻尼块后，开启压力差值不会变大（调整整定压力时，因安装了阻尼块，主弹簧的压缩量略有减小）。具有长期稳定性，不受辐射影响；适用于高温和低温环境，阻尼力不依赖温度。无论多小的振动，都能够起到阻尼作用。阻尼性能不受阀门开启速度的影响，即使压力迅速增加，阀门的开启压力差值也不会变大。

2.阀门测试平台

除气冷凝器释放阀如果出现功能异常，如内漏或异常开启，将会造成除气冷凝器压力异常降低，直接影响机组的安全稳定运行。为保证除气冷凝器释放阀的性能，需要在大修期间对该阀进行预防性维修，有3项重要的工作：①VDTD（VibrationDamper Testing Device）专用校验台上进行行程/阻尼试验；②压力整定试验；③密封性能试验。

其中①、②项工作需要在VDTD专用校验台上开展，③在常规安全阀校验台上即可实施。VTDT专用校验台与电脑连接，可以直接输出相关测试参数和测试曲线图。

3.阀门测试参数要求

为保证释放阀的机械性能良好，以下参数需要得到保证。

（1）整定压力。整定压力10.057±1%MPa（99.56～101.58 bar），相应的VDTD校验图上的【Set Point】在10.908～11.129 kN；根据厂家维修手册提供的计算公式，计算方法见式（1）。

式中PA——整定压力。

F1——在整定压力下阀门的阀芯所受到的上推力/下压力，对应VDTD校验图上的【Set Point】。

Am——阀芯有效面积，厂家已提供值1095.6 mm2，即0.10956 m2。

如果PA取值9.956 MPa，那么F1=10.908 kN；如果PA取值10.158 MPa，那么F1=11.129 kN。

（2）阻尼块的阻尼力。阻尼块的阻尼力即VDTD校验图上【Hysteresis at min.Lift】、【Hysteresis at half.Lift】、【Hysteresis at max.Lift】3个值均要求在1.35 kN～1.95 kN。

（3）阀门行程。阀门的行程即VDTD校验图上的【maximum Lift】为4～6mm。

（4）阀门密封试验。阀门密封试验要求以气体为校验介质，8.05MPa的密封压力下，保压3min，泄漏量＜30个泡/min。

二、测试过程中的故障现象、原因分析及对策

1.阀门整定压力偏高或偏低

VDTD校验台测试结果显示【Set Point】＜10.908 kN或＞11.129kN。当阀门入口压力达到整定压力时，阀芯上所受到的向上的推力等于主弹簧压力和阻尼块上方的辅助弹簧压力的合力。主弹簧压力和阻尼块上方的辅助弹簧压力由各自弹簧压缩量决定，而这些弹簧的压缩量由压力调节螺栓进行调整。因此，如果阀门整定压力不合格，压力调节螺栓位置就需要进行调整。

调整阀门整定压力时，需要旋松或旋紧压力调节螺栓。将压力调节螺栓向下旋紧，将会压紧主弹簧和辅助弹簧，使整定压力升高。将压力调节螺栓向上旋松，将会释放主弹簧和辅助弹簧，使整定压力降低。根据厂家维修手册和维修经验，压力调节螺栓转动1/4圈（即90°），约改变0.6 MPa的整定压力值。

2.阀门行程偏小（＜4mm）

阀门VDTD校验图上显示的行程＜4mm。阀门的行程由波纹管内的行程限位轴套进行控制，当阀门装配完毕后，行程限位轴套上端面与阀盖下端面的距离即为阀门的行程。根据厂家要求，该距离≥4 mm，以满足阀门开启高度和排放能力的要求。当阀门开启时，波纹管被压缩，行程限位轴套逐渐上移，直至与阀盖下端面相接触，行程限位轴套移动的距离即为阀门的行程。

实际上，阀门出厂时厂家已经针对每一台阀门的波纹管制作了合适高度的限位轴套，因此，不同的阀门，其限位轴套不能互相调换。如果发生行程偏小的情况，就需要检查行程限位轴套是否被调换，是否有异物粘附在限位轴套上，是否有异物落在波纹管内部，造成轴套高度异常。

检查确认阀门行程限位轴套是否被调换，清理轴套上和波纹管内部的异物，使得行程限位轴套的高度减小，即可使阀门的行程增大。如果阀门的行程限位轴套异常损坏，需要更换新的限位轴套，注意确保阀门的行程在4～6 mm。

3.阀门行程过高（＞6 mm）

VDTD校验图上表示阀门行程的横坐标最大值为6mm，曾经出现过阀门行程＞6mm的现象，导致压力曲线超出VDTD校验图的显示范围。由于行程过长，阀门执行机构部分的锁定螺钉和限位螺母向上移动的距离也相应过长，导致限位部件与气缸底部抵触，造成锁定螺钉上部的开口销异常损坏，VDTD校验台上的试验无法正常开展。

阀门的行程由行程限位轴套上端面与阀盖下端面的距离决定。在行程限位轴套高度不变的情况下，导致阀门行程增大的原因为阀门喷嘴相对于标准位置下移，或者阀盖下端面相对于标准位置上移。能造成这些位置变化的因素有2个：装配工艺和垫片性能。如果装配不当，会造成组件偏斜或安装不到位，导致阀门组件未到达要求的位置。如果垫片性能不合适，例如垫片硬化失效，或者垫片加工工艺不符合要求，均会导致垫片压缩量不够，也会造成行程限位轴套上端面与阀盖下端面的距离增大，即阀门行程变大，具体原理见图2。

图2　阀门行程变大示意图

如果装备不当，则重新解体，按照标准程序对阀门进行回装。如果垫片失效或加工工艺不符合要求，则重新加工制作合格的垫片，并进行更换。

4.案例

曾发生过阀门解体回装后行程过大的现象，但更换所有易损件后故障现象依旧。反复检查各零部件，也未发现明显异常。最后将疑点集中在国产化垫片上，从手感上明显感觉到国产化的垫片硬度很高，不容易弯曲，而原装进口垫片则稍软一些，垫片的结构如下图七所示。同时发现喷嘴处的垫片安装后，喷嘴与阀体未达到“金属对金属”的接触，喷嘴与阀体之间存在明显的间隙。通过检查发现国产化的垫片厚度为2.5 mm，但垫片中所夹的金属片厚度达1.8 mm，而原装进口垫片中所夹的金属片厚度仅0.1～0.2mm，按照同样的力矩要求，国产化垫片的压缩量明显小于原装进口垫片，因此导致阀门行程增加。同样的情况也发生在阀门喷嘴处的垫片上，后续重新选用了满足规范的垫片，再次试验，阀门行程合格。

图3　垫片结构图

5.阻尼块的阻尼力＜1.35kN

VDTD校验图上显示的阻尼力＜1.35 kN。阻尼力偏小的原因有2点，一是阀杆表面与阻尼块接触的部分有增加润滑的介质，例如油脂或者水等异物；二是间隙块厚度偏小，导致辅助弹簧的压缩量偏小，辅助弹簧施加在阻尼块上的预紧力也就相应的偏小，最终的阻尼力就会偏小。

采取对策，可清理阀杆表面，确保无任何油污或水等异物，表面干燥无缺陷。更换厚度更大的间隙块，要求间隙块内径29.7+0.1 mm，外径43 mm，材料316Ti，具体厚度尺寸需要根据VDTD上的试验结果来确定。

6.阻尼块的阻尼力＞1.95 kN

VDTD校验图上显示的阻尼力＞1.95 kN。阻尼力偏大的原因有3点，①阀杆表面与阻尼块接触的部分有缺损、变形、弯曲、腐蚀、脏污等缺陷；②间隙块厚度偏大，导致辅助弹簧的压缩量偏大，辅助弹簧施加在阻尼块上的预紧力也就相应的偏大，最终的阻尼力就会偏大；③阻尼块本身出现磨损或损坏等异常。

可清理阀杆表面，确保阀杆表面干净无异物，如果有无法修复的缺损、变形、弯曲、腐蚀等缺陷，则需要更换新的阀杆。更换厚度较小的间隙块，具体厚度尺寸需要根据VDTD上的试验结果来确定。更换新的阻尼块。

7.阀门密封试验不合格

阀门密封试验以气体为校验介质，8.05 MPa的密封压力下，保压3 min，泄漏量＞30个泡/min。一般是阀门喷嘴和阀芯的密封副有损伤或夹杂异物。

可解体阀门，对喷嘴和阀芯的密封副进行研磨修复。注意在研磨过程中，需要密切关注密封副硬质合金层的厚度，如果厚度低于规定的要求，需要更换新备件。

三、结束语

除气冷凝器释放阀作为核一级安全阀，其维修质量对系统的安全至关重要。阀门维修过程中，必须严格做好异物控制工作，避免异物进入阀门内部，同时关注各部件的状态，及时发现损坏等异常现象。对于石墨垫片的质量，除了保证总厚度外，还需保证中间金属片夹层的厚度，避免备件质量影响设备检修质量。同时该阀门一般在机组大修期间进行解体检修，而阀门的解体检修工时较长，为了保证大修进度，最好能够提供阀门整台备件，采取“以旧换新”的维修方式，日常期间将阀门备件校验合格，大修期间用校验合格的阀门备件直接更换现场的阀门，从而缩短现场作业时间，保证大修进度。

〔编辑利文〕

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