PCS系统安全壳喷淋隔离阀维修可执行性分析

2024.04.03

花龙

摘要：设备的定期维修提高了其可靠性，因此对工业应用上的设备需要定期进行检修，避免出现非预期失效导致系统、设备功能丧失，但是由于现场实际布置以及系统的运行要求，会出现由于无法实施正常隔离从而使得检修工作难以实现。本文对AP1000电站PCS系统执行安全相关功能设备的维修可行性进行分析并提供一种检修隔离方法。关键词：冰塞；非能动安全壳冷却系统；电站DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.1601 系统介绍

非能动安全壳冷却系统（PCS）作为AP1000重要非能动安全系统，提供设计基准事故后安全壳冷却功能以保持安全壳完整性避免放射性物质外泄。系统主要设备包括非能动安全壳冷却水箱（PCCWST）、非能动安全殼冷却辅助水箱（PCCAWST）、PCS再循环泵、PCCWST出口隔离阀以及相应的管道和仪表。根据最终安全分析报告（FSAR）要求，在模式1、2、3、4、5、6下PCCWST水装量需要保持在2864m?以上，因此PCCWST出口第一道电动隔离阀无法进行常规隔离，不能进行检修工作。2 PCS系统阀门检修需求2.1 电动阀的结构及功能要求

PCCWST出口电动闸阀正常运行期间为常开状态，在进行下游阀门检修时提供隔离功能；根据ASME OM规范要求，需要每个季度进行全行程试验，以证明阀门功能完好。2.2 电动阀的失效模式及失效机理

根据EPRI统计，电动阀会发生如电机、传动部件、齿轮箱、阀杆、阀座、导向槽、填料等常见部件的失效，需要定期进行诊断、解体检查、更换等维修活动以避免设备发生无法关闭、泄漏等问题，导致系统功能降级；根据现场使用经验，电动两位阀发生卡涩的概率较高。 2.3 电动阀的检修要求及隔离要求

根据厂家提供的维护手册要求，阀门需要定期进行阀杆齿轮润滑、阀杆清洁以及垫片更换等维护活动，因此需要将阀门解体；另一方面，阀门每个季度需要执行定期开关试验，当发生试验不合格（如无法打开、卡涩）将造成系统不可运行。3 可维修性分析3.1 冰塞背景介绍

一般来说，对于系统设备部分管道无法实施正常隔离或由于安全、经济的原因，介质疏排难度大或难以满足运行要求的。这种情况下，采用冰塞对系统进行隔离是一种可行的办法。对于PCS由于安全分析考虑必须要使得PCCWST处于满水状态这一情况，属于安全原因无法实施正常隔离，可以考虑采用冰塞的方式进行隔离以满足检修的需求。美国Vogtle Electric Generating Plant与Exelon Plant在冰塞的使用上比较成熟，并且制定了相应的规程用于指导冰塞活动的执行。

冰塞——即在系统管道的某一段包裹上冷却剂（液体二氧化碳、液氮等，现场多以液氮为主要冷却剂），管道内流体在冷却剂的作用下凝结成固体并可以承受一定压力，从而实现系统、设备的隔离。3.2 冰塞隔离的限制条件与现场条件匹配性

按照商运电站对冰塞活动的使用经验，冰塞的主要限制条件包括以下几个方面：

（a）待冰塞管道表面温度高于30℃；

（b）待冰塞管道内有流动介质；

（c）待冰塞位置在管件（三通、弯头、活接）和焊缝上；

（d）待冰塞管道为非金属管道、有缝管道、冷拔管道、铸铜管道、铸铁管道、衬胶管道；

（e）待冰塞管道出现异常减薄，减薄量为原壁厚的三分之一。

对于PCS系统：

（a）PCCWST为混凝土钢构结构组成环形箱体，温度不高于环境温度（不受阳光照射影响），且没有其他外在热源；通过监测水箱温度，夏季最高温度未超过30℃（最高达到29℃）；

（b）系统正常运行期间处于备用状态，管道内没有流体流动，管道也不会发生振动或冲击；

（c）隔离阀上游至水箱出口这段需要冰塞的管线无焊接段以及管件；该部分管道材质为304L奥氏体不锈钢（ASME SA-312 GR TP304L）；

（d）目前PCS系统管道未执行过冰塞隔离，管道没有经受温度瞬态变化，基本不可能发生壁厚减薄问题；另外即使管道执行过冰塞活动，按照要求在执行冰塞活动前仍需要对管道进行无损检测（PT、MT）以确定管道状态可支持冰塞。

基于以上情况对比，该段管道满足执行冰塞活动的限制条件。3.3 实施方案分析3.3.1 冰塞安装要求

实施冰塞活动所需要的设备主要包括冰塞夹套以及温度计（测温仪），前者用于包裹管道实施冰冻；后者用于测量冰塞的温度，监测冰塞状态。

由于冰塞完成后需要承受一定的压力，因此对于夹套长度有最小的限值。

对于PCS系统4段4英寸目标管道，夹套长度与管径对应关系如下（摘取自美国Vogtle Electric Generating Plant数据）：3.3.2 现场条件分析

现场实际查看确认，孔板式流量变送器布置靠近变径头一侧，该区域狭窄且支架较多。因此冰塞夹套装置需安装在仪表上游管线处（即靠近水箱侧管线）。经现场实际测量以及查看设计施工图纸，四段管线均有超过1米的直线距离，四段管线直线长度与管径最小比为9.8，满足冰塞夹套的安装要求。3.3.3 结论

通过对冰塞活动的限制条件、冰塞装置的安装要求、以及现场管道布置进行分析，确认PCCWST出口电动隔离阀是具备维修条件的，可以执行定期维修活动以保证可靠性，可以确保PCS系统事故后安全壳冷却功能的可靠执行。参考文件：[1]Passive Containment Cooling System-System Specification Document.2016.[2]Maintenance Manual for 3" and Larger Motor Operated Globe Valves，ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section III Class 1，2，and3.2011.