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氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在核電廠的核島主輔系統(tǒng)及三廢系統(tǒng)、常規(guī)島及BOP系統(tǒng)中都有廣泛的應(yīng)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(jí)或非核級(jí)設(shè)備，在工藝過程中對(duì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，保證工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)，對(duì)核電廠的核安全起著至關(guān)重要的作用。
因此，針對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在核電廠的調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)等實(shí)際應(yīng)用中所出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行詳細(xì)分析。
1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥及工作原理
1.1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)及類型
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體以及附件三部分組成。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)形式分為兩位式、斷開型、調(diào)節(jié)型、切斷調(diào)節(jié)型，按安全失效模式分為故障開、故障關(guān)、故障保位；附件包括定位器、E/P電氣轉(zhuǎn)換器、過濾減壓閥、流量放大器、手輪機(jī)構(gòu)等。
1.2 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作原理
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是以氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥體組成的各類氣動(dòng)控制閥門，它以干燥潔凈的壓縮空氣為動(dòng)力源，以氣缸或薄膜氣室為執(zhí)行器，并借助于電氣閥門轉(zhuǎn)換器/定位器、電磁閥、空氣過濾減壓閥、限位開關(guān)等輔助部件，當(dāng)轉(zhuǎn)換器或定位器接收來自控制器或控制系統(tǒng)中4mA～20mA弱電信號(hào)，輸出20kPa～100kPa氣壓信號(hào)來使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)平衡氣室氣體壓力與彈簧力，從而使閥桿帶動(dòng)閥芯移動(dòng)，改變閥芯與閥座的通流面積完成對(duì)閥門開度調(diào)節(jié)，通過改變介質(zhì)流量最終實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力、溫度、流量、液位等工藝參數(shù)的精確控制。
2 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)試
氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在使用之前，重點(diǎn)通過對(duì)彈簧預(yù)緊力、中性點(diǎn)、E/P轉(zhuǎn)換器、定位器等的調(diào)試來滿足閥門的行程、閥門位移線性、開關(guān)時(shí)間、泄漏量等性能指標(biāo)。調(diào)試前，（1）工藝管道必須嚴(yán)格的吹掃合格；（2）手輪機(jī)構(gòu)應(yīng)處于“釋放”位置；（3）檢查減壓閥供氣壓力是否達(dá)到供氣要求。
2.1 預(yù)緊力（BenchSet）調(diào)整方法
（1）為避免閥關(guān)不死或打不開，須在執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝到閥體之前進(jìn)行調(diào)校。
（2）根據(jù)閥門銘牌要求的預(yù)緊力上、下限值，采用簡(jiǎn)單專用調(diào)整工具調(diào)整彈簧的初始彈簧力。
（3）通過充氣排氣使閥門開關(guān)幾次以確定氣動(dòng)頭移動(dòng)順暢。
（4）對(duì)氣動(dòng)頭打壓，記錄氣動(dòng)頭連桿剛剛移動(dòng)的壓力值并與閥門銘牌上的下限預(yù)緊力對(duì)比，調(diào)整彈簧預(yù)緊力調(diào)整螺母，直到使氣動(dòng)頭連桿剛好移動(dòng)時(shí)的氣壓讀數(shù)為下限值。
（5）繼續(xù)使氣壓增加到上限值，當(dāng)氣動(dòng)頭連桿向閥體方向移到盡頭時(shí)，在閥桿上做好參照標(biāo)記。
（6）緩慢地將氣動(dòng)頭氣壓降回下限值，記錄閥桿標(biāo)記到氣動(dòng)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(yù)緊力調(diào)整完畢，證明閥門在自然狀態(tài)獲得足夠關(guān)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(jìn)行預(yù)緊力的調(diào)整。
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3.2 中性點(diǎn)（NEUTRALPOINIT）的設(shè)置
中性點(diǎn)就是手輪調(diào)整到不影響自動(dòng)調(diào)節(jié)的位置，它可能是一個(gè)點(diǎn)也可能是一個(gè)區(qū)，中性點(diǎn)設(shè)置過高引起內(nèi)漏，設(shè)置過低容易導(dǎo)致流量不足。通常閥門隔離或自動(dòng)失效情況下，往往可以通過破壞氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的中性點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)閥門的全開、全關(guān)或保持某一開度。通常的中性點(diǎn)設(shè)置只需把手輪滑塊的中性點(diǎn)指針對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺上的中性點(diǎn)標(biāo)線即可，也可以通過手感進(jìn)行調(diào)節(jié)“，失氣開”的氣動(dòng)閥中性點(diǎn)設(shè)置，應(yīng)使氣動(dòng)閥置于失氣全開位置，手輪順時(shí)針朝關(guān)的方向旋轉(zhuǎn)直到感覺到阻力說明手動(dòng)桿達(dá)到導(dǎo)套下止位，然后再逆時(shí)針朝開的方向旋轉(zhuǎn)1/2圈即可“；失氣關(guān)”的氣動(dòng)閥中性點(diǎn)設(shè)置，應(yīng)使氣動(dòng)閥置于失氣全關(guān)位置，手輪逆時(shí)針朝開的方向旋轉(zhuǎn)直到感覺到阻力說明手動(dòng)桿達(dá)到導(dǎo)套上止位，然后再順時(shí)針朝關(guān)的方向旋轉(zhuǎn)1/2圈即可；調(diào)到中性點(diǎn)位置后用手輪桿鎖緊器鎖緊。
2.3 電氣轉(zhuǎn)換器（E/P）的校驗(yàn)
（1）利用電流源提供4mA～20mA直流電流信號(hào)，SAR提供壓縮空氣。
（2）以正作用型氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥為例進(jìn)行如下調(diào)校，其輸出壓力必須滿足精度要求。
（3）零點(diǎn)調(diào)整，輸入4mA電流信號(hào)，旋轉(zhuǎn)零位調(diào)整螺絲，讀取壓力表數(shù)據(jù)，直到輸出壓力20kPa為止。
（4）量程調(diào)整，輸入20mA電流信號(hào)，調(diào)整量程調(diào)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(fù)上述步驟，直到滿足精度要求。
2.4 閥門定位器的校驗(yàn)
（1）以E/P轉(zhuǎn)換器來的20kPa～100kPa的壓力信號(hào)作為定位器的輸入信號(hào)，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(hào)調(diào)到量程的一半，打開氣源，這時(shí)定位器旋轉(zhuǎn)臂應(yīng)在水平位置，閥門對(duì)應(yīng)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(dāng)。
（3）零點(diǎn)調(diào)整，使定位器輸入為零點(diǎn)，擰松噴嘴鎖定螺絲，調(diào)整噴嘴直到閥門對(duì)應(yīng)全關(guān)（或全開）位置。
（4）量程調(diào)整，使定位器輸入為滿度，調(diào)整噴嘴擋板的位置，使閥門對(duì)應(yīng)全開（或全關(guān)）位置。
（5）分別在20、40、60、80、100kPa輸入壓力，檢查閥門是否滿足對(duì)應(yīng)0%、25%、50%、75%、100%開度要求，否則進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。
3 調(diào)試過程中常見問題分析
調(diào)試過程中，針對(duì)調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)的閥門內(nèi)漏、外漏、開關(guān)時(shí)間不合格、開關(guān)不到位等問題，將其氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥所存在的問題的原因主要分為控制元件故障、執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障、閥體故障。
3.1 控制元件故障
為了保證氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥滿足穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求，解決由于閥位反饋測(cè)量不準(zhǔn)或氣動(dòng)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(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行整體性調(diào)校驗(yàn)證，控制器將輸入信號(hào)平穩(wěn)地按增大和減小方向輸入電氣轉(zhuǎn)換/定位器，測(cè)量各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的閥門開度（行程）是否滿足控制要求。主要分為5個(gè)關(guān)鍵調(diào)校點(diǎn)：0%、25%、50%、75%、100%開度進(jìn)行驗(yàn)證，通過相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別對(duì)0%開度和其它開度進(jìn)行整定，使手操器或DCS系統(tǒng)開度與現(xiàn)場(chǎng)閥門開度一致。由于無法確定調(diào)節(jié)閥的實(shí)際行程值，始點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)必須調(diào)準(zhǔn)，不然會(huì)導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致內(nèi)漏發(fā)生或調(diào)節(jié)精度不夠。其中作為閥門控制附件的電/氣閥門定位器實(shí)質(zhì)是電/氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)定位器的組合儀表，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成氣壓信號(hào)，然后轉(zhuǎn)化成執(zhí)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(dá)到目標(biāo)開度，根據(jù)問題重點(diǎn)檢查氣室管路泄露、節(jié)流孔堵塞、擋板位置及光潔度、電磁線圈是否斷線、零點(diǎn)量程調(diào)整是否正確、調(diào)零彈簧是否變形、凸輪及反饋桿安裝位置、正負(fù)極接線是否正確等。
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3.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求既要有足夠的推力，同時(shí)死區(qū)又較小，它要克服閥塞的不平衡力、閥門關(guān)閉等級(jí)要求的閥座負(fù)荷、填料及閥內(nèi)件摩擦力等各種阻力。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(diào)整件、限位裝置、手輪機(jī)構(gòu)等零部件組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，薄膜式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥通常安裝在要求反應(yīng)速度快的小口徑管道上，故障時(shí)重點(diǎn)檢查膜片、密封環(huán)、緊固推盤、閥桿緊固螺栓、膜室螺栓、彈簧及預(yù)緊力、閥桿光潔度以及彎曲度、執(zhí)行器工作氣壓；活塞式主要由缸體、活塞、密封環(huán)、閥桿、手輪機(jī)構(gòu)等零部件組成，其具有控制閥門的開關(guān)可提供較大行程、可提供足夠所需關(guān)閉力、具有一定開關(guān)速度，與薄膜式相比，執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(yīng)靈敏的管道上，但價(jià)格也較高，故障時(shí)主要檢查活塞密封環(huán)、缸體內(nèi)壁、柱塞推桿是否磨損、執(zhí)行器工作氣壓、氣室密閉性、閥門行程。
3.3 閥體故障
故障時(shí)主要檢查的內(nèi)容：閥體內(nèi)壁的耐壓、耐腐蝕情況；閥座因螺紋內(nèi)表面腐蝕使其松動(dòng)或沖壞；閥芯因腐蝕、磨損引起的松動(dòng)；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(diào)試過程實(shí)例分析
以秦山某核電廠的專設(shè)安全設(shè)施中的余熱排出系統(tǒng)的RRA013/024/025VP為例，通過主控室或應(yīng)急停堆盤的手操器遠(yuǎn)程手動(dòng)控制流量和溫度，其各配備一個(gè)電-氣轉(zhuǎn)換器，運(yùn)行壓力4.7MPa，運(yùn)行溫度180℃，啟閉時(shí)間60s，如果在發(fā)生動(dòng)力源故障（斷氣、斷電、斷信號(hào)），閥門必須保持原位，以延長對(duì)反應(yīng)堆堆芯的冷卻時(shí)間，及時(shí)排出堆芯余熱，提高核電廠安全性。在調(diào)試過程中，必須做氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥做閥門保壓試驗(yàn)，由儀表用壓縮空氣分配系統(tǒng)SAR供0.9MPa～1MPa（abs）的壓縮空氣，用手動(dòng)控制站405RC調(diào)節(jié)RRA024和025VP，使RRA006MD上總的流量約為1140m3/h時(shí)，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(dòng)打?yàn)槭謩?dòng)，消除冷卻劑流量波動(dòng)對(duì)閥門開度的影響，切斷氣源，保壓時(shí)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(jīng)檢查閥門RRA024VP不能保壓。經(jīng)綜合分析，問題應(yīng)該出在氣路故障，按照由易到難的原則利用檢漏液進(jìn)行如下排查：（1）氣路泄露檢查；（2）氣室氣密性檢查，經(jīng)檢查驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)起保壓作用的保壓閥出現(xiàn)氣體泄露問題，采取更換保壓閥，并重新充氣進(jìn)行保壓試驗(yàn)，最終驗(yàn)證了該氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥滿足故障保位的功能要求。
5 結(jié)語
針對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在核電廠調(diào)試過程遇到的常見問題，根據(jù)其現(xiàn)象進(jìn)行了分析研究。核電機(jī)組調(diào)試在整個(gè)核電站的建設(shè)過程中，上承設(shè)計(jì)、施工、安裝、下接機(jī)組商業(yè)運(yùn)行，調(diào)試是驗(yàn)證其前期階段可靠性，確保核電機(jī)組安全投運(yùn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。調(diào)試過程中必須嚴(yán)格按照調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程進(jìn)行，根據(jù)調(diào)試過程所出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析討論解決，確保機(jī)組商運(yùn)的安全。
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