楊靜

海南核電有限公司 海南昌江 572733

1 事件描述

2017年10月某國產(chǎn)650MW核電機組，機組功率運行期間，做定期試驗時發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器RCP002GV安全殼外排污隔離閥1APG005VL（以下簡稱1APG005VL）全關(guān)之后仍然有13M3/H流量，維修人員現(xiàn)場緊固之后泄漏流量不變。初步分析為閥門內(nèi)漏，因機組運行期間無隔離窗口，且該閥運行時是常開狀態(tài)，只能等到機組換料大修時進行缺陷處理。

2018年機組換料大修，對1APG005VL進行了解體，檢查發(fā)現(xiàn)閥瓣碎成多塊，閥桿、閥籠變形，閥瓣碎片在閥體內(nèi)取出大部分，在其下游1APG001/002RF熱交換器管側(cè)分別找出剩余其它部分的小碎片。

2 故障后果

因1APG005VL內(nèi)漏致使兩臺蒸發(fā)器無法隔離，從而導(dǎo)致1RCP001GV蒸發(fā)器因水質(zhì)問題需排空時不能通過正常管線排水。機組正常運行時遠程操作失效，可通過就地手動操作進行隔離，但是如果1臺蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂事故工況下，若未及時發(fā)現(xiàn)該閥內(nèi)漏，將導(dǎo)致放射性廢水污染未故障的另1臺蒸發(fā)器，最終導(dǎo)致整個二回路和凝汽器都被放射性污染。

但以上故障是可以通過002LD監(jiān)測流量及手動隔離閥APG008VL進行手動隔離來控制。

3 事件分析與評價

3.1 1APG005VL 閥門情況說明

1APG005VL為蒸發(fā)器排污管線上的氣動隔離閥，運行期間為常開狀態(tài)，安全等級2級，是法國某公司生產(chǎn)的進口氣動填料截止閥，公稱直徑DN50，設(shè)計溫度316度，設(shè)計壓差86bar，活塞式氣動執(zhí)行機構(gòu)，失效形式是失氣關(guān)（Failtoclose），閥體材質(zhì)A48AP，閥瓣與閥座的材料均為HIP（熱等靜壓）鎳基合金。

3.2 1APG005VL 閥瓣材料失效分析

3.2.1 從閥門開關(guān)動作頻度及操作分析

（1）該閥在調(diào)試期間水壓試驗或一回路水質(zhì)處理過程中，可能會頻繁操作以對蒸發(fā)器進行排水，但日常運行期間開關(guān)頻度不大，僅在定期試驗時遠程操作，對比2號機同位置閥門，開關(guān)頻度相同，2號機同類閥并未出現(xiàn)泄漏，因此判定開關(guān)頻度對閥瓣沒有影響。

（2）該閥是氣動閥，都是通過遠程操作進行控制的，操作人員運行期間不會對該閥進行人為強行手動操作，因此分析不是外力操作導(dǎo)致閥瓣破碎。

3.2.2 氣動閥在線診斷分析

（1）對2臺機組同位置的APG005VL氣動閥做在線診斷，經(jīng)診斷1號機APG閥門彈簧的最小、最大預(yù)緊力比2號機大了680-715daN，高出20%-30%，1號機APG005VL的閥瓣密封力比2號機大813daN。

（2）報告分析，1APG005VL閥門開啟至約90%開度后執(zhí)行機構(gòu)彈簧出現(xiàn)輕微的非線性現(xiàn)象，懷疑執(zhí)行機構(gòu)彈簧過壓導(dǎo)致閥門開度在90%至100%區(qū)間內(nèi)超出彈簧線性工作區(qū)域，建議對執(zhí)行機構(gòu)進行解體檢查，必要時更換彈簧。

3.2.3 同類型閥門使用情況對比分析

（1）排查分析本電廠其它系統(tǒng)同廠家、同類型閥門缺陷故障：排查發(fā)現(xiàn)主蒸汽隔離閥1VVP001VV上游疏水隔離閥1VVP130VV也發(fā)生過同類缺陷，蒸汽疏水系統(tǒng)的壓力等級900LB(150bar)更高。

（2）行業(yè)內(nèi)電廠同類型閥門對比分析。調(diào)研對比某1000MW發(fā)電機組，同為法國該公司生產(chǎn)的該型號閥門，高壓安注系統(tǒng)RIS系統(tǒng)也曾發(fā)生過閥座、閥瓣斷裂事件，閥瓣斷裂情況與本廠1APG005VL極為相似，分析其缺陷原因為系統(tǒng)介質(zhì)的沖擊力和含硫酸根、氯離子的硼酸腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用所形成的應(yīng)力腐蝕斷裂，主要原因是法國公司閥門的鎳基合金制造工藝問題。但工作環(huán)境有所不同，廣東電廠缺陷閥門工作環(huán)境更為惡劣，壓力高、系統(tǒng)介質(zhì)是有腐蝕性的硼酸。

3.2.4 閥瓣材料失效檢測

1APG005VL的斷裂閥瓣由于送檢的碎裂閥瓣較小，無法進行拉伸及沖擊試驗，因此只能對碎片進行了電鏡下斷口形貌觀察、硬度測試及材質(zhì)化學(xué)成分分析。檢驗結(jié)果如下：APG005VL閥瓣碎片不完整，未找到裂紋起源位置，碎片裂處斷口形貌為沿晶斷裂，整體呈脆性斷裂。二回路除鹽水應(yīng)當(dāng)不存在腐蝕性較強的介質(zhì)，推測發(fā)生晶間腐蝕導(dǎo)致材料發(fā)生沿晶斷裂的可能性較小，最有可能造成沿晶開裂的原因為晶間結(jié)合力較差及晶間存在脆性相（或化合物），沿晶斷裂與材料本身性能有較大關(guān)系。

3.2.5 閥瓣理化分析

1APG005VL的斷裂閥瓣送檢測試硬度均值為55.6HRC，參考西高廠家標(biāo)準(zhǔn)及NPT20009標(biāo)準(zhǔn)，硬度處于標(biāo)準(zhǔn)范圍上限；成份檢測主要元素Cr（10.85-13.54）、Si（4.9）、Fe（4.38）、Ni（79.6），也基本符合標(biāo)準(zhǔn)。

多數(shù)情況下沿晶斷裂屬于脆性斷裂，但也可能出現(xiàn)韌性斷裂，如高溫蠕變斷裂。脆性斷裂引起材料失效一般是因為沖擊，而非過載。造成閥瓣材料沿晶開裂最有可能的原因是晶間結(jié)合力較差及晶間存在脆性相（或化合物），沿晶斷裂應(yīng)與材料本身性能有較大關(guān)系。

3.2.6 核查法國廠家閥門出廠實驗

法國廠家雖反饋原鎳基合金閥瓣通過鑒定試驗其斷裂的最大力為75t，但經(jīng)核實廠家并未做沖擊試驗，75t試驗應(yīng)該是靜載荷力。沖擊實驗是材料對于動荷抗力的一種實驗，在靜荷下具有良好塑性的材料，在沖擊載荷下可能會呈現(xiàn)出脆性的性質(zhì)。因此廠家答復(fù)其斷裂的最大力為75t并不能代表其真正的抗沖擊性能。

3.3 最終分析與評價

綜上分析，閥門缺陷主要原因是法國廠家鎳基合金閥瓣材質(zhì)的抗沖擊性能較差，彈簧力并不能從根本上導(dǎo)致其斷裂，根本原因是原鎳基合金閥瓣的制造工藝存在問題，其晶間結(jié)合力較差或存在脆性相（或化合物），材質(zhì)性能不合格，從而導(dǎo)致沿晶斷裂。

后續(xù)繼續(xù)排查發(fā)現(xiàn)同類閥門1APG004VL、1VVP130/131VV存在同樣的缺陷，更進一步確認本該系列閥門質(zhì)量是存在共性缺陷問題。

4 解決方案

4.1 更換新材料閥座組件

法國廠家重新提供材料為鐵基合金（NOREM02HIP）的閥瓣（閥座），其綜合機械性能優(yōu)于原鎳基合金，廠家做過沖擊功試驗及3000次開關(guān)循環(huán)的熱沖擊試驗，均合格。其硬度值（42-43HRC）明顯比之前的鎳基合金硬度(55.6HRC)降低，韌性和抗壓強度有所提高，提高了抗沖擊性；同時提高了其耐應(yīng)力腐蝕性能。

4.2 剩余破裂閥瓣的去向分析及查找

根據(jù)當(dāng)時運行工況，蒸發(fā)器的排水是排向非再生熱交換器1APG001RF，因此推測其余破裂閥瓣可能排向了1APG001RF（換熱器）e1APG013/014VL（下游隔離閥）e1APG001/002FI（過濾器）。從1APG001/002FI出現(xiàn)多次壓差高、濾網(wǎng)堵塞的問題，發(fā)現(xiàn)001FI濾芯頂部表面和過濾器腔內(nèi)有顆粒狀沉積物，分析部分小閥瓣碎片排向了過濾器。

分析系統(tǒng)里還有殘留碎片，系統(tǒng)介質(zhì)主要流經(jīng)的閥門都是常開，所以可能淤積的位置在非再生熱交換器1APG001RF，可能會局部堵塞U形管通道，對U形管壁有沖擊、減薄的風(fēng)險。根據(jù)分析在大修期間對APG005VL下游非再生熱交換器1APG001RF調(diào)整了預(yù)防性維修策略，提前進行了解體檢查，采用內(nèi)窺鏡和攝像頭發(fā)現(xiàn)部分閥瓣碎片滯流在1APG001RF熱交換器U形管里面，剩余破裂閥瓣全部找到，徹底解決了APG系統(tǒng)的安全隱患。

5 糾正行動及維修策略

（1）對APG004/005VL的運行情況進行跟蹤，運行人員通過對閥門的隔離操作來檢驗閥門是否內(nèi)漏，提示相關(guān)操作人員在進行APG004/005VL閥門動作時，若系統(tǒng)提示閥門卡澀，應(yīng)盡快通知維修及技術(shù)部門，確定卡澀原因，避免閥瓣受力過大而出現(xiàn)破壞。

（2）對1、2APG004/005VL和1、2VVP130/131VV閥瓣組件進行物項替代改造。

（3）對同行電廠發(fā)生過應(yīng)力腐蝕斷裂的RIS系統(tǒng)閥門調(diào)整預(yù)防性維修時間，解體檢查是否存在共性問題。

（4）備件儲備及采購：調(diào)整備件儲備定額（易損備件按100%儲備，閥體整機備件儲備定額1臺）。

（5）將法國廠家氣動閥鎳基合金閥瓣材料問題經(jīng)驗反饋到擴建機組設(shè)計及采購中，以避免重復(fù)出現(xiàn)類似問題。

6 事件原因描述

直接原因：調(diào)試期間系統(tǒng)閥門開啟頻率較大，閥瓣開閉的外力直接導(dǎo)致閥瓣受損破裂。

根本原因：1APG005VL閥瓣制造工藝問題，根據(jù)蘇熱分析報告，閥瓣斷裂原因為材料晶間結(jié)合力較差及晶間存在脆性相（或化合物），沿晶斷裂是材料本身性能問題。

促成原因：調(diào)試期間系統(tǒng)的沖洗異物及高溫高壓水加大了對閥瓣的沖擊，沖刷加速了閥瓣破裂。

7 結(jié)語

本文通過本電廠1號機發(fā)生的1APG005VL閥瓣斷裂事件，通過綜合分析比對，列出可能發(fā)生該事件的多種原因，逐一排查，找出了事件的根本原因，并針對性提出經(jīng)驗反饋和策略，為其它電廠同類閥門在安裝、運行期間，以及后續(xù)實施技術(shù)改造等方面提供了重要經(jīng)驗反饋和可借鑒參考的依據(jù)。