王雷刚

（三门核电有限公司 维修处，浙江 台州 317112）

0 引言

三门核电一号机组仪用压空供气管线壳外气动隔离阀（1-CAS-PL-V014，简称1-CAS-V014）为核Ⅱ级气动球阀，其设计功能是在机组正常运行或大修时，给安全壳内气动阀等用户提供仪用压缩空气。另外，在事故工况下提供安全壳隔离。该阀门原供货商为美国阀门厂家CRANE。2015年一号机组调试期间，发现该阀门内漏严重，由于维修需要使用的专用工器具报价高达百万，而仓库也没有合适的备件可以更换。为了ILRT（安全壳整体泄漏率试验）及机组冷试、热试等节点的顺利推进，决定临时使用二号机组同位号的阀门进行替代，替代阀门由江苏神通阀门厂生产。后经公司决策，将该阀门作为一号机组阀门永久使用。因此，该阀门成为三门核电一号机组核级阀门中，唯一一台国产阀。该阀门如果在机组正常运行期间意外关闭，将导致安全壳内气动阀等用户失气，引起反应堆停堆等重大事故。

针对该设备专门编制了工作程序《CAS系统仪用压空供气管线壳外气动隔离阀SPV设备缓解策略分析报告》，对该设备进行了分析和讨论。其中，事故缓解策略是基于如何避免阀门意外关闭的，包括定期巡检，检查是否有漏气、电磁阀异响或者电磁线圈温度异常。维修方面，预测性维修项目包括每3个大修周期执行1次诊断试验、气密性试验、执行机构附件校验；预防性维修项目包括每6个大修周期执行执行机构大修、电磁阀更换和填料更换，此外还有定期执行的全行程试验（在役试验要求1C）和阀座密封性试验（安全壳泄漏率试验要求30M），缺少意外发生后的缓解策略[1]。本文从一次模拟1-CAS-V014意外关闭试验入手，提出了当前配置状态下的事故缓解方案，并结合阀门特点，提出了后续改造方案，以降低其失效带来的风险。

1 模拟试验

1-CAS-V014的设计功能是在机组正常运行或大修期间，提供仪用压缩空气通路。另外，在安全壳内蒸汽或给水管线破裂等事故工况需要隔离或冷却安全壳时，隔离安全壳及安全壳内仪用压空管线。如果需要执行安全壳隔离功能时，阀门无法关闭或者内漏，将引起放射性物质外漏；如果在机组正常运行期间，1-CAS-V014意外关闭，由于壳内有定位器等存在动态耗气的设施，以及气源管线存在难以避免的泄漏，壳内母管压力将逐渐降低。当降低到某一值时，专设相关阀门将进入失效位置，比如PXS-V108A/B（PRHR HX流量控制阀）将打开，进而触发停堆信号。

运行人员曾模拟壳内压空隔离阀意外关闭后壳内安全专设的响应时间，当阀门6点35分30秒关闭后，6点48分05秒时第1台安全专设阀门1-PXS-PL-V108A关反馈消失，在6点48分26秒时第2台安全专设阀门1-PXSPL-V108B关反馈消失，即从压空丧失，到第1个安全专设动作，用了12分35秒。

从模拟试验可知，即使1-CAS-V014意外关闭，由于母管内的压力大约为116PSI，大于专设阀门的失效动作压力，专设阀门并不会马上动作，不会马上引起停堆。如果能够在一定的时间内打开该阀门，即可将事故损失降到最低。因此，为了避免因1-CAS-V014意外关闭导致停堆，在不改变当前配置情况下，应该从以下两方面入手：1）减缓母管的压降速度；2）尽快打开阀门。

2 当前配置情况下的事故缓解策略

2.1 减缓壳内压空母管的压降速度

减缓压降速度可以为后续采取措施打开1-CAS-V014提供更充裕的响应时间。由于壳内设有多台存在动态耗气的气动调节阀，根据定位器的工作原理，定位器的输出压力越高，动态耗气也越多。因此，如果将不是特别关键的阀门置于失效位置，将可以减少这些用户的耗气，从而实现减缓压降速度的目的。

经梳理发现，壳内气动调节阀共9台。其中，1-VWSPL-V064A/B/C/D的作用是安全壳再循环风扇冷却盘管温度控制阀，用来控制安全壳内大气温度，它们在正常运行时存在一定开度。因此，建议在阀门意外关闭后，主控室优先手动将这4台阀门置于100%开度。其他5台阀门，如果调整可能引起降功率或者停堆，建议保持当前状态[2]。

其次，由于壳内压空母管没有配置压力监测装置，一旦阀门关闭，由于无法判断何时会触发停堆信号，何时需要手动干预，导致主控室处于十分被动的状态。

壳内使用压空的安全专设气动阀，包括1-PXS-PLV014A/B、V015A/B和V108A/B，在调试期间，使用诊断设备分析了这6台阀门的落座力、行程等参数，发现1-PXSPL-V108A/B失效动作压力最高，为34.5PSI，这也和运行模拟试验情况一致。因此，一旦1-CAS-V014意外关闭，需要重点关注1-PXS-PL-V108A/B的状态。

2.2 尽快打开阀门

当意外发生时，除了尽量减缓压降速度，还应该尽快打开1-CAS-V014。打开阀门需要考虑并了解阀门的布置、失效原因等。

2.2.1 阀门布置

三门核电1号机组压缩空气和仪表空气系统（CAS）分为3个子系统：仪用压空子系统、厂用压空子系统和高能压空子系统。其中，仪用压空子系统为气动阀等提供压缩空气，厂用压空子系统将压缩空气分配到各个接口，为全厂气动工具和气动泵提供压缩空气。高能压空子系统为主控室应急居留系统等提供压缩空气，仪用压空子系统的安全功能是安全壳隔离，壳外隔离阀即为1-CAS -V014，壳内隔离阀为止回阀。

2.2.2 阀门结构

1-CAS-V014的执行机构为单作用齿轮齿条式，型号为QDS400-S12，阀体为球阀，型号为H2QS6K6W7Y-150P。配备的仪控附件有过滤减压阀（型号ASCO）、电磁阀（ASCO NT8316）和限位开关（Go-switch）。气源管路上配置用于诊断测试的两个快插接头（Swagelok），阀杆上贴有永久式应变片QSS[3]。

2.2.3 失效可能及补救措施

根据阀门的结构及仪控附件配置，1-CAS-V014存在多种失效可能，任一部件失效都可能导致阀门意外关闭，针对不同的失效原因，需要采取不同的补救措施。

1）电磁阀意外失电

说明：电磁阀由安全级系统IDS（1E级直流电和UPS系统）供250V直流电，并由安全级仪控系统PMS（保护和安全监控系统）控制，该阀门设计为常开，即电磁阀常带电。如果电磁阀意外失电，那么将导致阀门在10s内关闭。

补救：电磁阀失电的补救措施主要考虑快速将过滤减压阀后的压空引入气缸内，因此可以利用快插接头，将过滤减压阀后和电磁阀后的快插接头连接起来。同时，在电磁阀排气口上安装堵头，防止排气。

2）仪用压空丧失/过滤减压阀故障

说明：1-CAS- V014为气动阀，意味着它也需要供气。如果为其供气的管线破裂，或者过滤减压阀故障，将引起供气不足，导致阀门关闭。

补救：目前配置情况下没有快速的方案，只能将执行机构拆除，并使用扳手转动阀轴。

3）气缸磨损

说明：如果由于预防性维修不恰当或者O型密封圈失效或气缸内壁磨损等，导致气缸内压力无法维持，将使阀门无法全开，甚至关闭。

补救：可以尝试将过滤减压阀的设定值提高，如果仍然无法打开，那么只能拆除执行机构，并使用扳手打开。

2.3 当前配置下的优化建议

根据上文描述，为了降低1-CAS-V014意外关闭带来的影响，建议采取如下措施：

1）制作连通快插接头的专用工具

将此专用工具固定在阀门上，并在电磁阀排气口上安装swagelok快插接头，为运行人员开展此工具使用培训，保证失电或者电磁阀故障时，运行值班员能够正确快速地跨接电磁阀，打开阀门。

2）为执行机构加装手轮机构

在压空管线破裂或者气缸内壁磨损时，使用手轮打开阀门。

此外，考虑到阀门的实际安装位置，还建议采取以下事故缓解策略，提高事故情况下的快速响应能力。

①搭设便捷操作平台

该阀门位于12405房间的高处，需要搭设脚手架才可接近阀门。如果事故情况下，需要穿戴安全带才能接触到该阀门，将增加至少一分钟的时间，因此需要搭设一个永久操作平台，以及爬梯。因为爬梯高度小于3.5m，按照目前公司的规定，可不穿戴安全带，这将节省掉一部分时间。

②增加该房间的通风

该阀门所在房间有氮气管线，存在窒息风险，门口也贴有“如需进入，需佩戴氧表”的提示，建议增设永久通风措施，保证房间的氧含量。如果无法变更，那么建议在该房间内配置永久氧表及呼吸面罩，保证操作人员的人身安全。

③房间门常开

通常情况下，该阀门所在的12405房间房门上有锁，需要到隔离办借用钥匙，即使运行人员处理，也需要找到正确的钥匙，增加了响应时间。虽然目前有些钥匙是装在门锁上的，如果钥匙损坏，也将导致房间无法进入。因此，建议取消该房门上的闭锁装置。

3 后续改造建议探讨

3.1 更换执行机构类型

据调查，国内包括M310机组、华龙一号等堆型，均设有壳外压空供气隔离阀，该阀门的主流设计是电动执行机构加球阀的配置，只有AP1000采用了气动执行机构加球阀的配置。

因此，可考虑将1-CAS-V014更改为电动阀，并配置手轮。由于电动阀不存在失气风险，同时电动阀失效保持的特点能够保证壳内持续供气，能够一定程度上避免阀门意外关闭带来的停堆风险。

3.2 在壳内压空母管上增设压力变送器

根据上文描述，由于母管上没有压力指示，导致阀门关闭后，主控室无法采取合理有效的措施。因此，建议在壳内压空母管上增设压力变送器。

4 结束语

三门核电仪用压空壳外隔离阀由于其功能的重要性及失效后带来的严重后果，已经引起了公司内部的高度重视，曾经有国外电厂发生过由于该阀门关闭导致的停堆事故。本文结合现场配置，讨论了阀门意外关闭后的响应措施，并根据当前配置情况提出了一些改进建议，希望能够有效降低该阀门失效后带来的影响。