核电站用核一级唇边焊截止阀泄漏问题及解决方案

赵涛　所昊然　马可腾

【摘 要】核一级唇边焊截止阀在系统打压试验时出现中腔泄漏，现场维修后又出现二次泄漏，最终更换中腔垫片解决泄漏的问题。同时，对比了进口的同类阀门，供参考借鉴。

【关键词】截止阀；唇边焊；中腔泄漏

0 引言

截止阀是一种常用的截断阀，主要用来接通或截断管道中的介质。截止阀适用压力、温度范围很大，但一般用于中、小口径的管道。截止阀关闭件（阀瓣）沿阀座中心线移动，其阀座通口的变化与阀瓣行程成正比例。本文以国内某阀门厂承接的方家山核电项目1号、2号机组，福清核电项目1号、2号、3号、4号机组的核一级截止阀中腔泄漏为例，通过泄漏原因的分析，以期对后续阀门设计进行优化。

1 情况介绍

阀门厂根据采买方（设计院）出版的技术规格书设计并制造阀门。技术规格书要求该阀门手动开关，运行压力17.2Mpa（表压），温度343℃，外径60.3mm，壁厚8.7mm，介质为反应堆冷却剂。

特殊要求：阀体和阀盖的联接为焊接密封阀门，螺旋缠绕垫片随阀门供货，密封唇现场焊接。

该厂阀门设计为：公称通径DN50，公称压力1690Lb，壳体强度试验压力43.8Mpa，阀座密封试验压力29.2Mpa，阀瓣强度试验压力32Mpa，阀门采用了螺纹阀盖设计，中腔密封采用金属垫片加唇边焊接辅助密封结构。阀门出厂前，唇焊已经施焊完毕。阀门设计草图如图1所示：

在系统冷试及热试时，部分安全等级为核一级的截止阀发生中腔泄漏现象。2013年11月-12月期间，阀门厂陆续收到方家山和福清现场的质量信息反馈，在热试期间RCP系统和RPE系统的口径为DN50、压力为1690Lb、安全等级为核一级的截止阀分别有3台和5台唇边焊处有蒸汽排出，如图2所示：

阀门厂与现场沟通，返修方案批准后，制定了1号机组阀门返厂处理，2号机组在线排查处理的方案。

2 原因分析

（1）从技术上分析，该阀门厂设计的阀门采用了经典的螺纹阀盖设计，具有结构紧凑的特点，常被用于空间布置不充裕的场所如核电站、潜艇等项目上。中腔采用金属垫片加唇焊接辅助密封结构。具有密封性保持持续周期长、密封可靠的特点，可大大减少由于密封件本身失效导致的检修频次。该阀门厂也研制了样机，口径为DN25、DN50，压力为1690磅，样机均经过17.2Mpa，343℃模拟工况条件的2000次热态寿命试验及5次冷热交变试验，最终检查显示阀门中腔密封良好，无可见泄漏。从样机验证结果和使用业绩来看，该阀门的设计是可靠的。

（2）现场解体检查结果显示，问题阀门的阀体与阀盖连接螺纹有松动。后经询问问题阀门的装配人员得知，阀门在厂内试验合格后、唇边焊之前，装配人员为了阀门的美观，调整了阀盖支架的安装方向，将拧紧的阀盖违规进行了一定角度的回退，致使金属密封垫片丧失或减小了金属垫片的密封/截流/减压作用，使唇边焊的焊缝在长时间高温承压过程中疲劳破损，导致蒸汽外泄。

（3）现场维修导致了二次泄漏。方家山项目、福清项目2号机组28台阀门在核电站现场进行解体检查，并进行回装工作。由于核电站现场管路复杂、空间狭小，施工条件（环境）不具备，未达到阀门在车间的回装验证条件，阀门回装时拧紧力矩不够，导致阀门解体回装后密封垫片的局部失效。阀门回装完毕后无法在线打压验证压力边界的完整性，在冷态功能试验试压时直接暴露了问题，泄漏点如图3所示：

方家山项目2号机组一台截止阀发现中腔泄漏，经拆解检查发现时由于中腔垫片断裂所致。

3 解决方案

（1）制造厂联合密封件厂家，研制问题阀门的专用垫片代替金属垫片。选取三种形式的垫片进行试验研究：1组金属夹石墨垫、2组金属石墨缠绕垫、1组石墨增强垫。最终根据试验结果表明：金属石墨垫通过了热态和冷热交变试验，试验结果能够满足密封性能要求，拆解后的垫片，仍能保持垫片的完整性，技术方案改进为将金属垫片更换为金属石墨缠绕垫片。并对该类垫片的中腔拧紧力矩进行了计算。

（2）以进口同类型阀门替代。在岭澳核电厂一期、二期，秦山核电厂二期该阀门由进口供货商供货，未出现泄漏问题。国产和进口同类型阀门情况进行对比如表1所示：

在都使用金属垫片的情况下，进口阀门的中腔拧紧力矩几乎是进口阀门拧紧力矩的一半，且进口的此类截止阀的唇焊在阀门出厂时是不施焊的。在现场的冷试、热试阶段，中腔的密封性能都是金属垫片保证的。说明了进口阀门的阀体和阀盖密封端面较完美的粗糙度，加工水平更高一筹，金属垫片的尺寸也是定制的，与体盖密封端面有较好的吻合。

4 结论

（1）对于金属石墨缠绕垫的使用寿命还应继续研究、试验，确定合理的更换周期。

（2）由于金属垫片压缩比小[1]，要求制造厂具有较高的加工装配水平。且在热试期间，由于材料膨胀系数不同，热应力的产生会导致材料变形，从进口阀门的设计和使用情况来看，国内阀门制造厂对设备加工精度和焊接水平还需要进一步提高。

（3）根本的解决方案还是使用金属垫片来保证工艺的可靠性，从而长期安全可靠运行使用。

【参考文献】

[1]JB/T6369-2005柔性石墨金属缠绕垫片技术条件[Z].

[责任编辑：王楠]