核電站用核一級唇邊焊截止閥泄漏問題及解決方案

趙濤　所昊然　馬可騰

【摘 要】核一級唇邊焊截止閥在系統打壓試驗時出現中腔泄漏，現場維修后又出現二次泄漏，最終更換中腔墊片解決泄漏的問題。同時，對比了進口的同類閥門，供參考借鑒。

【關鍵詞】截止閥；唇邊焊；中腔泄漏

0 引言

截止閥是一種常用的截斷閥，主要用來接通或截斷管道中的介質。截止閥適用壓力、溫度范圍很大，但一般用于中、小口徑的管道。截止閥關閉件（閥瓣）沿閥座中心線移動，其閥座通口的變化與閥瓣行程成正比例。本文以國內某閥門廠承接的方家山核電項目1號、2號機組，福清核電項目1號、2號、3號、4號機組的核一級截止閥中腔泄漏為例，通過泄漏原因的分析，以期對后續閥門設計進行優化。

1 情況介紹

閥門廠根據采買方（設計院）出版的技術規格書設計并制造閥門。技術規格書要求該閥門手動開關，運行壓力17.2Mpa（表壓），溫度343℃，外徑60.3mm，壁厚8.7mm，介質為反應堆冷卻劑。

特殊要求：閥體和閥蓋的聯接為焊接密封閥門，螺旋纏繞墊片隨閥門供貨，密封唇現場焊接。

該廠閥門設計為：公稱通徑DN50，公稱壓力1690Lb，殼體強度試驗壓力43.8Mpa，閥座密封試驗壓力29.2Mpa，閥瓣強度試驗壓力32Mpa，閥門采用了螺紋閥蓋設計，中腔密封采用金屬墊片加唇邊焊接輔助密封結構。閥門出廠前，唇焊已經施焊完畢。閥門設計草圖如圖1所示：

在系統冷試及熱試時，部分安全等級為核一級的截止閥發生中腔泄漏現象。2013年11月-12月期間，閥門廠陸續收到方家山和福清現場的質量信息反饋，在熱試期間RCP系統和RPE系統的口徑為DN50、壓力為1690Lb、安全等級為核一級的截止閥分別有3臺和5臺唇邊焊處有蒸汽排出，如圖2所示：

閥門廠與現場溝通，返修方案批準后，制定了1號機組閥門返廠處理，2號機組在線排查處理的方案。

2 原因分析

（1）從技術上分析，該閥門廠設計的閥門采用了經典的螺紋閥蓋設計，具有結構緊湊的特點，常被用于空間布置不充裕的場所如核電站、潛艇等項目上。中腔采用金屬墊片加唇焊接輔助密封結構。具有密封性保持持續周期長、密封可靠的特點，可大大減少由于密封件本身失效導致的檢修頻次。該閥門廠也研制了樣機，口徑為DN25、DN50，壓力為1690磅，樣機均經過17.2Mpa，343℃模擬工況條件的2000次熱態壽命試驗及5次冷熱交變試驗，最終檢查顯示閥門中腔密封良好，無可見泄漏。從樣機驗證結果和使用業績來看，該閥門的設計是可靠的。

（2）現場解體檢查結果顯示，問題閥門的閥體與閥蓋連接螺紋有松動。后經詢問問題閥門的裝配人員得知，閥門在廠內試驗合格后、唇邊焊之前，裝配人員為了閥門的美觀，調整了閥蓋支架的安裝方向，將擰緊的閥蓋違規進行了一定角度的回退，致使金屬密封墊片喪失或減小了金屬墊片的密封/截流/減壓作用，使唇邊焊的焊縫在長時間高溫承壓過程中疲勞破損，導致蒸汽外泄。

（3）現場維修導致了二次泄漏。方家山項目、福清項目2號機組28臺閥門在核電站現場進行解體檢查，并進行回裝工作。由于核電站現場管路復雜、空間狹小，施工條件（環境）不具備，未達到閥門在車間的回裝驗證條件，閥門回裝時擰緊力矩不夠，導致閥門解體回裝后密封墊片的局部失效。閥門回裝完畢后無法在線打壓驗證壓力邊界的完整性，在冷態功能試驗試壓時直接暴露了問題，泄漏點如圖3所示：

方家山項目2號機組一臺截止閥發現中腔泄漏，經拆解檢查發現時由于中腔墊片斷裂所致。

3 解決方案

（1）制造廠聯合密封件廠家，研制問題閥門的專用墊片代替金屬墊片。選取三種形式的墊片進行試驗研究：1組金屬夾石墨墊、2組金屬石墨纏繞墊、1組石墨增強墊。最終根據試驗結果表明：金屬石墨墊通過了熱態和冷熱交變試驗，試驗結果能夠滿足密封性能要求，拆解后的墊片，仍能保持墊片的完整性，技術方案改進為將金屬墊片更換為金屬石墨纏繞墊片。并對該類墊片的中腔擰緊力矩進行了計算。

（2）以進口同類型閥門替代。在嶺澳核電廠一期、二期，秦山核電廠二期該閥門由進口供貨商供貨，未出現泄漏問題。國產和進口同類型閥門情況進行對比如表1所示：

在都使用金屬墊片的情況下，進口閥門的中腔擰緊力矩幾乎是進口閥門擰緊力矩的一半，且進口的此類截止閥的唇焊在閥門出廠時是不施焊的。在現場的冷試、熱試階段，中腔的密封性能都是金屬墊片保證的。說明了進口閥門的閥體和閥蓋密封端面較完美的粗糙度，加工水平更高一籌，金屬墊片的尺寸也是定制的，與體蓋密封端面有較好的吻合。

4 結論

（1）對于金屬石墨纏繞墊的使用壽命還應繼續研究、試驗，確定合理的更換周期。

（2）由于金屬墊片壓縮比小[1]，要求制造廠具有較高的加工裝配水平。且在熱試期間，由于材料膨脹系數不同，熱應力的產生會導致材料變形，從進口閥門的設計和使用情況來看，國內閥門制造廠對設備加工精度和焊接水平還需要進一步提高。

（3）根本的解決方案還是使用金屬墊片來保證工藝的可靠性，從而長期安全可靠運行使用。

【參考文獻】

[1]JB/T6369-2005柔性石墨金屬纏繞墊片技術條件[Z].

[責任編輯：王楠]