主给水流量调节阀隔膜破损情况分析及处理

主给水流量调节阀隔膜破损情况分析及处理

谢智明 吴升铭

海南核电有限公司 海南省昌江县 572733

摘要：某核电机组在降功率时，发现蒸汽发生器水位偏高，现场查看主给水流量调节阀门实际停留在3%开度，阀门未关闭到。后来排查的过程中，发现阀门气缸上部出现明显漏气同时存在10％左右的开启指令，随后对气动头进行解体检查，发现隔膜破损。后续分析阀门隔膜破损的原因，并加工隔膜安装专用工具，解决气动执行机构隔膜安装不正问题。

关键词：气动调节阀；隔膜；损坏

1 概述

某电厂机组在功率降时，发现蒸汽发生器水位偏高，现场查看主给水流量调节阀门实际停留在3%开度，阀门未关闭到。后来排查的过程中，发现阀门气缸上部出现明显漏气同时存在10％左右的开启指令，随后对气动头进行解体检查，发现隔膜出现明显破损，且破裂端的中心孔等存在局部拉扯变形的迹象，其他部件检查未发现异常，如下图所示。

图1 隔膜破损照片

1.1 阀门结构组成

主给水流量调节阀主要由阀体、阀内件、填料组件、气动执行机构和控制调节阀的仪控附件等部件组成。其中阀内件主要包含阀笼、阀芯阀杆组件和阀座等部件，气动执行机构主要包含隔膜、弹簧、手轮、气动杆和联轴器等部件，仪控附件主要包含电/气转换器(E/P)、定位器、电磁阀、流量放大器、过滤减压阀和快速释放阀等部件。该阀门结构简图如下图2所示。

图2阀门结构简图

1.2 工作原理

主给水流量调节阀是以压缩空气为动力源，气缸为执行器，正常运行时，E/P(电/气转换器)接收主控施加的4-20mA电流信号指令并输出（0.2-1bar）压力信号输送至定位器，当E/P信号增大时，定位器将接收到的E/P压力信号后转换成背压输出，经电磁阀进入流量放大器，压迫流量放大器膜片，迫使放大器阀塞向下移动，离开阀座（放大器下阀座）。此时，来自总气源的压缩空气经过流量放大器、快速释放阀后进入阀门气动头，克服弹簧力推动气动头膜片，使阀杆带动阀芯的运动，使阀门开启。

图3阀门控制原理图

2 隔膜破损原因分析及改进

结合解体检查情况及事件发生的时序，分析认为隔膜破损的主要故障模式有隔膜性能下降或隔膜装配作等存在偏差，现具体分析如下：

2.1失效点：隔膜性能质量的影响

分析：经核查图纸资料 ，主给水流量调节阀隔膜材质为NBR（丁腈橡胶）+尼龙纤维，根据电厂《库存物资维护保养及存储期管理》规定，存储寿期为5年，另咨询厂家，最大存储寿期可达8年（约3年存储，5年运行）。经查询历史工单，主给水流量调节阀门所使用的隔膜为2016年3月份生产，从机组运行至今，已使用将近5年，未超8年使用寿期，隔膜未出现老化等性能下降的情况。所以基本排除隔膜老化等性能下降导致破损的影响。

2.2失效点：装配质量的影响

（1）上托盘与隔膜安装不对中。

图4阀门气缸图

分析：上托盘较重且无把手，安装时需多次调整与膜片中心孔的对中，安装过程中易导致膜片移位，且上托盘中心孔径小于膜片中心孔，出现小幅度移位也不易发现。另根据设计要求，隔膜中心螺钉紧固力矩高达544N·m，由于上托盘无法周向固定，中心螺钉力矩紧固时容易带动上托盘的转动从而导致隔膜发生相对移位，出现隔膜中心孔与上、下托盘中心孔、隔膜周边圆周孔和下膜盒法兰孔不对中的情况，使得隔膜存在不均匀的径向力，局部处于拉紧受力的状态，在上、下托盘夹持膜片运动过程中，长期拉紧受力端容易出现疲劳劣化。

改进措施：根据上隔膜托盘开发专用工具，防止托盘的转动带动隔膜发生相对移位，导致隔膜受力不均匀。

（2）隔膜与下托盘安装不对中

膜片与下托盘装配前，应先进行试装配，检查膜片周边36个圆周孔与下膜盒法兰圆周孔、膜片中心孔与下托盘中心孔是否能够全部对中，以排除膜片本身因制造偏差的影响。在安装上托盘时，由于膜片较软且无径向限位，易导致膜片与下托盘移位，使得膜片存在不均匀的径向力，局部处于拉紧受力的状态，在上、下托盘夹持膜片运动过程中，长期拉紧受力端容易出现疲劳劣化

改进措施：为解决膜片移位问题，在进行膜片周边圆周孔与下膜盒法兰孔、膜片中心孔与下托盘中心孔对中后，可通过法兰螺栓临时将膜片与下膜盒固定，避免紧固中心螺钉时膜片出现移位。在膜片中心螺钉紧固后，拆卸法兰螺栓对膜片与下膜盒的对中情况进行再次检查，确保无隔膜安装到位。

3 结论

文首先系统详尽地阐述了主给水流量调节阀的结构组成、工作原理，然后重点对导致主给水流量调节阀隔膜破损的原因进行分析和提供解决方式，并对主给水流量调节阀隔膜安装进行专用工具开发进行了分析说明，这可以为今后给水流量调节阀的维护与检修提供指导，具有很好的借鉴意义。

参考文献：

[1] 刘玉杰. 核电厂气动阀可靠性研究与维修策略的建立. 上海交通大学. 2007

[2] 宋海成.气动调节阀的常见故障及处理方法[J].自动化技术与应用.2015,(7).89-92.