核电站主蒸汽释放系统隔离阀失效分析

Failure Analysis on Isolation Valve in theM ain Steam Relief System for Nuclear Power StationLIU Yu-hui(China Nuclear Power Engineering Co.LTD，Shenzhen 518057，China)Abstract：By applying the reliability centered maintenance(RMC)to the isolation valve used for themain steam relief system，the paper gives identifying for al its failure models，judges the severe failureas soon as possible.During designing it is helpful to take measures to decrease or avoid the frequency offailure。

Key words：main steam relief isolation valve；main steam relief system ；availability analysis；reliabilitycentered maintenance(RMC)1 概述失效影响分析以前只有定性分析，不能给出定量结果，不能对多种故障模式同时起作用导致的后果进行分析。本文采用以可靠性为中心的维修(RCM)方法，分析核电站主蒸汽释放系统(VDA)隔离阀失效对系统可用率和安全的影响。主要分析阀门失效模式、失效对系统功能的影响和失效对系统可用率的量化分析。根据维修级别的判定，针对有重要影响的失效模式进行有效的预防，保证电站可靠运行。

2 分析方法核电站阀门的维修活动能够确保阀门满足系统要求的功能，从而保证安全可靠供电。为了保证维修的有效性，应用 RCM 判断哪些系统需要定期维护，需要定期维护的系统中哪些设备需要维护，并确定维护的有效措施。

2.1 系统筛选根据运行经验反馈以及该系统对电站可用率影响进行筛眩作者简介：刘玉辉(1978-)，女 ，工程师，主要从事核电站阀门设计。

2.2 设备失效模式有效分析任何部件的失效均对系统功能有不利影响，要对不利影响作出定量和定性分析。失效模式有效分析(FMEA)适用于在实际中找出对系统性能有显著影响的各种失效模式。FMEA是以具有明确失效模式的部件为基础，从基本单元失效特征和系统功能结构出发确定单元失效和系统失效之间的关系。

FMEA仅限于对硬件失效模式的有效分析，不包括人为错误。如果对系统功能有影响且在功率运行时不可修，则要继续判断停堆类型，比如立刻停堆或降功率运行等。此时只考虑与电厂功率运行时有关的运行功能，如启停堆状态的运行功能不影响系统可用率，即不用分析。

2.3 维修级别判断失效后果的严重性用危害度描述，危害度用运行技术规范(OTS)、安全概率评价(PSA)、可用率分析(PAA)及专家意见划分。预防维修等级根据危害度划分。预防维修措施针对不同维修等级加以分级管理。

- 42- 阀 门 2013年第2期分析设备失效对系统造成的可用率影响时，只考虑功率运行状态。但是在其他状态对设备的功能也有要求，所以在判断维修级别时要考虑电厂从满功率运行到反应堆排空的所有状态。当失效模式与运行技术规范、概率安全评价、可用率分析和专家判断等因素相关时，即可判定为有重要影响的失效模式。

(1)运行技术规范根据运行技术规范确定维修等级可遵循相应的条件。①失效模式是否在运行技术规范规定的范围内。②如果在运行技术规定范围内，再判断是否会引起 OTS事件。③判断该事件引起的停堆时间。

(2)安全概率评价根据安全概率分析中的 Fussel-Vesely(FV)因子判断设备的安全重要性。在某个系统或事件序列的故障树中，由于不同的基本事件在逻辑模型中的位置不同，发生概率不同，因此对顶事件发生的作用不同，这种作用的大型是所谓的重要度。重要度分析可以识别和确认对堆芯融化有重要作用的因素。

(3)可用率分析对引起停堆的失效模式，要根据设备的失效概率和系统停堆时间计算对系统可用率的影响。计算系统不可用时间有3种情况。①直接停堆。②降功率运行。③根据运行技术规范判断出的间接停堆。

根据可用率分析结果判断某种失效模式对系统造成的不可用时间，如果时间超过某-数值 ，则是需要重点关注的设备，因为对系统可用率造成了影响。

(4)专家判断在系统安全概率评估、运行技术规范和可用率分析中不包含的阀门，经过专家判断此阀失效会引起的维修工作量较大，或者引起其他设备失效，同样需要大量的维修工作，而且没有简单有效的预防手段，则这个阀门也要重点关注。

2.4 预防维修根据判定的维修级别，采取不同的预防措施。

(1)维修等级1级设备如果设备是新类型，需要参考供应商的运行维修手册和设备工程师的补充意见(如有)。如果设备不是新类型，但是运行经验对失效反馈不足，则可以参考供应商的运行维修手册、已有的运行经验反腊设备工程师的意见。如果设备是旧产品且反馈经验充分，则可以使用供应商的运行维修手册和目前电厂执行的维修预防措施。

(2)维修等级 2级设备在电站设计方质保期内及之后都遵守供应商维修分析。

(3)维修等级 3级设备在电站设计方质保期内遵守供应商维修分析，之后业主可以根据运行经验自行制定。

3.1 筛寻功能分析VDA系统执行安全功能，在日常不执行运行功能。根据已有电站运行经验反馈，没有 VDA系统失效造成的电站不可用。但是此系统的功能丧失或者误动作都会导致电厂降功率运行或者停堆。

VDA系统对电厂的可用率起到重要作用，所以要进行详细的分析。

VDA系统主要由主蒸汽释放隔离阀和主蒸汽释放调节阀组成。如果冷凝器不可用，VDA系统排除RCP系统产生的余热。如果蒸汽发生器管子破裂，部分冷却-结束，就提高开启设定压力，但是确保主蒸汽安全阀不开启。

(1)运行功能运行功能 1：在-些试验和瞬态工况把蒸汽发生器的热量传到大气 (比如甩负荷到厂用电、汽轮机跳闸等瞬态发生且 GCT系统不可用)。

运行功能2：当冷凝器不可用时冷却 RCP系统，直到余热排除系统介入。

(3)定期试验定期试验 1：主蒸汽释放隔离阀的动作性能。

3.2 隔离阀失效模式有效分析(1)失效模式VDA隔离阀(图 1)由主阀和电磁先导阀控制回路两部分组成，主阀腔内活塞受弹簧和流体压力2013年第2期 阀 -·--43---控制，两个并联的控制回路，每个控制回路有两个串联的电磁驱动截止阀和-个手动闸阀组成。两电磁阀通电开启，则主阀开启，只有-个电磁阀断电关闭，则主阀关闭，这种布置的控制回路可以有效的保证阀门开启和关 闭。根据 VDA 隔离阀的结构特点，其失效模式可以归结为内漏、外漏、不能开、不能求。每种失效模式都可能有很多原因引起。

(2)VDA隔离阀失效对系统的影响通过对阀门状态监测(报警、定期试验和主控室显示)、在功率运行时失效是否可以探测到以及对系统功能影响等几个方面，分析了阀门不同的失效模式，从而判断哪种对核电站可用率有影响(表关、误开、误关、流量不满足要求、开关时间不满足要 1)。

表 1 VDA隔离阀(角形截止阀)失效模式有效分析探测方法功率运 失效 对系统说明 对电站可 功率运行 行时阀模式 功能影响 用性影响 时是否可 方法 门状态探测到已有电站运行经验反馈，没有 VDA隔离阀外漏引起的安全功能 电站不可用。为了便于探测反应堆压力边界和二次测系关闭 外漏 统的泄漏，设计了泄漏监测系统，任何泄漏都可以在早期 是 目测 A和E监测到，便可以进行相应的维修，不会对电厂的可用率造成影响长时间连续内漏可能会引起电站不可用，此功能在维 关闭 内漏 安全功能 A 否 无修级别判断时会考虑运行功能1、2和3，安 功率运行时此阀保持关闭，不要求开启 ，定期试验在换 定期试验 1(1个关闭 不能开 是 循环)。阀门位置 全功能 B、F 料时做，所以此失效模式不会影响电厂可用率和 G在主控室显示定期试验 1(1个安全功能 功率运行时此阀保持关闭，定期试验在换料时做，所以 循环)。阀门位置 关闭 不能关 否A、E和 G 此失效模式与功率运行无关 在主控室显示。触发报警单个电磁先导阀通电不会有影响，要两个串联的电磁安全功能 先导阀同时通电才能开启主阀，万-主阀真的开启，那么 阀门位置在主控 关闭 误开 自动停堆 是A、E和 G 可以手动关闭和主蒸汽释放隔离阀串连的调节阀，否则 室显示。触发报警反应堆保护系统会触发 自动停堆运行功能1、2和3.安 功率运行时此阀保持关闭，所以此失效模式与功率运 阀门位置在主控 关闭 误关 否全功能 B、F 行无关 室显示和 G流量不满 安全功能 功率运行时此阀保持关闭，所以此失效模式与功率运 定期试验 1(1个 关闭 否足要求 B和F 行无关 循环)开关时间 安全功能 此阀的开关时间有严格要求，但是功率运行时此阀保 定期试验 1(1个 关闭 否不满足要求 B、F和 G 持关闭，所以此失效模式与功率运行无关 循环)(3)隔离阀可用率评价VDA隔离阀有两个控制回路。因为这个阀门的失效率包括了控制回路引起的失效，所以不再单独分析计算控制回路造成的失效时间。通过失效模式有效分析，只有误开”会影响电厂的可用率 ，VDA隔离阀结构与已运行电站使用的结构相似，根据运行经验反馈，这个阀门没有因为误开引起电厂不可用，即没有失效率统计，对于有失效率统计的阀门则可以直接引用。所以每个 VDA隔离阀误开的概率为- 44- 阀 门 2013年第2期Al J ：式中 n--在参考电站堆年期限内，设备某种失效模式发生的概率 参考电站堆年数，v--参考电站相同系统，有相同失效模式的相同设备数量H --参考电厂每年满功率运行时间主阀的每个控制回路都有手动隔离阀，维修时可以用于隔离电磁阀。误开会直接导致 自动停堆，在热停堆状态可以检修阀门。由于这种失效造成系统停堆时间Tu降功率时间(立刻停堆则是0)到达规定的维修运行模式时间 准备时间 维修时间恢复设备功能时间 升功率时间。

根据项目停堆计划确定每段时间。每年由于几个回路的主蒸汽释放隔离阀误开”造成不可用的时间为XTu×A x 24×365 x电厂发电效率 x VDA回路数量。

通过分析计算判断出 VDA隔离阀的误开会造成电厂 小时不可用。

3.3 隔离阀维修级别判断应用 PSA、OTS、PAA和专家判断对隔离阀维修级别进行判断(表 2)。从分析结果可以看出，VDA隔离阀的8种失效模式中误开”为关键的失效模式，从而整个阀组的维修级别是最高的，需要重点关注。

表 2 VDA隔离阀维修级别判定2013年第2期 阀 门 - 45-注：1.PSA分析中FV因子可以分为三个级别，高”是非常重要的安全设备，低”是不重要的安全设备，居于两者之间的是中”等安全设备。2.OTS中有要求的条款用是”表示，然后判断这个失效模式是否会引起停堆。OTS中没有规定的条款用否”表示。3.PAA的停堆时间暂定 y小时作为判断是否是关键模式的标准，此数据根据参考电站的不同而变，将计算出的 与 y比较。4.经 PSA、OTS和 PAA分析的失效模式，专家判断分析时可以不考虑，用X”表示。5.维修时需要此阀实现隔离。

控制回路1大气图 1 VDA隔离阀3.4 预防性维修VDA隔离阀只有相似设备的使用经验，没有相关失效模式的经验反溃需要优化供应商意见或者补充现有维护手段的不足。供应商推荐的误开”都是非常不可能”发生的，经分析每个控制回路上两个串联的电磁阀由单独的供电系统供电，所以由控制回路引起的误动作非常不可能发生，供应商定义失效原因发生频率极低，可以接受。已有电站上相似阀门的主阀和先导阀分开解体，主阀解体频率是9年-次，先导阀解体频率是6年-次，在换料时做功能试验。与相似设备比，VDA隔离阀的主阀和先导阀同时解体，频率是6年-次，虽然主阀拆卸频率增加了，但是阀门在二次测压力达到大气压时人员可以介入拆卸，直到反应堆排空都可以维修，维修时间充足，从二次测是大气压降到反应堆排空时间很长，所以因为拆卸频率增加引起故障率提高而导致的电厂不可用可以忽略。维修组装后在冷态工况做阀门性能恢复试验，升功率到热态时做系统性能恢复试验，每个阶段的时间都可以保证工作完成，所以对系统没有影响。

4 结语通过对 VDA排放隔离阀可靠性的分析，可以得出误开”是关键的失效模式，整个阀组也是维修级别最高的阀门，说明阀门在系统的安全和可用率方面起到重要作用，通过分析在遵循供应商提供的运行维修建议外，随着运行经验的增加，可以在阀门结构设计或者维修方面进行改进，降低或避免阀门失效概率。