核电厂DN50核一级截止阀密封焊外漏缺陷分析及优化

  国内某新建核电厂1号机组热试第一阶段热停堆平台发现1RCP106VP 等5台DN50核一级截止阀密封焊泄漏。经核实，同类型阀门共25 台，经进一步排查又发现6台阀门有密封焊泄漏现象。试验结束后，调试人员对上述25台阀门进行解体检查，发现部分阀门阀盖与阀体未拧 紧，阀盖垫片有微量变形，于是更换阀盖垫片并按要求做紧固，重新密封焊后PT显示焊缝合格。

  （1）壳体强度试验：试验涉及上下金属板中间夹石墨形式垫片、缠绕式石墨垫片和加强型纯石墨垫片3中结构及形式的垫片，这3种垫片 在试验阶段均能满足密封要求，但在试验后拆解时均出现不同程度破损。

  （2）热态及冷热交变试验：缠绕式石墨垫片在试验阶段均能满足密封要求，试验后拆解状态完好。

  发表时间：2020-12-01T09:08:41.066Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年18期 作者： 喻望 马钦 [导读] DN50核一级截止阀是压水堆核电厂一回路压力边界重要阀门，在系统中起开关隔离作用，主要使用在于一回路测温旁路管线、过渡段 疏水管线和主泵轴封注入管线。

  在垫片更换前，需严格测量阀盖凸台及阀体中法兰凹槽深度，根据两者的差值计算阀盖拧紧后垫片的压缩量是不是满足设计的基本要求，如不 满足则更换合适厚度的新垫片。

  垫片换型后，电厂发现部分截止阀在水压试验时密封焊部位仍有少量渗漏。经测量分析，造成渗漏的根本原因是拆装专用工装只能单 侧借力，导致阀盖装配间隙不均衡。为此，修东西的人优化了阀盖力矩紧固方式，通过反复拆装专用工装、调整借力支柱的安装方向，实现 阀盖对称均匀紧固，并将实际间隙差值控制在0.10mm以内，大幅度的提升了阀盖垫片密封可靠性。经垫片换型且阀盖间隙值调整后的截止阀密 封焊部位机组投运验证密封效果良好，无泄漏。

  DN50核一级截止阀阀盖垫片换型方案生效后，电厂使用阀盖拆装专用工装在一回路水压试验前对相关阀门进行垫片换型，其主要步骤 为：切割密封焊→阀门打至半开，拆除手轮装置→安装专用工装、旋开阀盖组件→取出旧阀盖垫片、清理阀腔及密封面→更换新垫片、打 力矩至3000N.m→电站实施一回路水压试验验证密封合格→实施密封焊、PT合格后回装手轮装置。

  国产DN50核一级截止阀阀盖垫片设计形式为纯金属环密封，材质为M3306/Z2CND17-12。由于金属环硬度高，压缩量小，当阀盖力矩 不足或者阀盖拧紧后间隙不均衡时易导致密封失效。为解决这一缺陷，经初步分析后拟采用缠绕式石墨垫片进行替代，并组织了针对冷 态、热态及冷热交变工况下的密封试验做验证。经验证，采用缠绕式石墨垫片替代金属环后密封效果良好，方案可行，试验主要内容及 结果如下。

  在对阀门进行热态及冷热交变试验时，热态试验的步骤为：将阀门开启→试验装置加压至鉴定试验压力→工作流体升温至鉴定温度→ 阀门金属的温度达到稳定状态→保温保压→记录密封情况。评判标准要求试验维持的时间内任何部位Baidu Nhomakorabea允许出现渗漏。热冲击试验的步骤 为：将阀门开启→试验装置加压至鉴定试验压力→工作流体升温至鉴定温度→阀门金属的温度达到稳定状态保持→待阀门冷却到与周围空 气的温度平衡状态→记录阀门泄漏情况，评判标准要求试验维持的时间内任何部位不允许出现渗漏。

  试验对象选用DN50核一级手动截止阀，设计温度343℃，设计压力17.13MPa，壳体试验压力38MPa。在做壳体强度试验时，阀门处于 开启状态，加压至试验压力，检查阀门泄漏情况，并测量实际的中法兰螺栓预紧力矩。试验介质为净化水，试验压力为38MPa，保压时间 为20分钟，试验维持的时间内阀杆填料处出现滴漏是允许的，但其它任何部位不允许出现渗漏。

  摘要：压水堆核电厂DN50核一级截止阀国产化后出现了密封焊外漏缺陷，本文分析了缺陷产生的原因，并给出相应的优化策略和建 议，使密封可靠性已满足核电厂运行相关要求。

  DN50核一级截止阀是压水堆核电厂一回路压力边界重要阀门，在系统中起开关隔离作用，主要使用在于一回路测温旁路管线、过渡段疏 水管线和主泵轴封注入管线。这些阀门在机组运行期间如果发生外漏将破坏一回路边界完整性，导致一回路泄漏率超标，机组状态需后 撤，同时增加厂房辐射剂量率，影响机组的安全稳定运行。国产DN50核一级截止阀的结构及形式为带密封焊手动截止阀，主要由阀体、阀 瓣、阀杆、阀盖组件、填料组件及手轮装置等组成。该类型阀门在多家压水堆核电站调试阶段曾多次出现密封焊泄漏问题，严重制约了机 组的调试进度。

  此外，该电厂2号机组一回路水压试验期间，DN50核一级截止阀发生了更大面积密封焊泄漏现象，部分阀门从一回路充水后即出现渗 漏，压力升高后2RCP204/205/304VP等阀门甚至会出现小股喷射流，严重制约了水压试验进度。

  经分析，导致上述国产DN50核一级截止阀密封焊外漏的问题大多有以下几点：

  经调研了解，阀门在设备厂内实施密封焊前，装配人员为阀门外形的美观，对拧紧后的阀盖进行了一定角度的回敲，使得金属密封 垫片失去了密封或者节流、减压的作用，导致阀门在电厂安装投运后密封焊缝直接承受一回路介质温度和压力，在长时间承压过程中，产 生了开裂泄漏。

  阀盖或阀体中法兰密封面加工不平整或者受热变形，或者金属环上下表面存在划痕、凹坑等缺陷，导致阀盖垫片密封失效。

  该类型截止阀阀盖与阀体采用螺纹连接，设计拧紧力矩为2926N.m，阀门在解体后回装时，现场检修人员一般都会采用液压力矩扳手或者力 矩放大器对阀盖进行紧固，而紧固过程中阀盖易因单侧受力导致倾斜，使得阀盖拧紧后与阀体间的间隙不均匀，此时金属环因受力不均衡 而导致密封失效。

  热试二阶段一回路压力升至2.5MPa时，1RCP106VP再次发生密封焊泄漏，经对泄漏部位进行临时碾压处理后，泄漏消除。热试二阶段 结束后，调试人员再次对1RCP106VP进行解体维修。

  机组装料后热停堆平台，1RCP106VP再次发生密封焊开裂泄漏问题，影响主线上行。修东西的人采用同样的方法（解体→更换垫片→拧 紧→密封焊→PT检测）维修，经运行后验证泄漏消除。