田灣核電站主蒸汽系統的主蒸汽隔離閥前設有主蒸汽大氣釋放系統,以防止二回路主蒸汽系統超壓,避免主蒸汽安全閥的動作。主蒸汽大氣釋放系統中安裝了先導式介質自驅動快速動作隔離閥,其先導閥為電磁先導閥,該閥在機組熱態試驗及功率調試運行期間出現了閥芯磨損的故障,導致機組被迫停機進行缺陷處理,對整個試驗的進程產生了嚴重影響。通過對故障部件的檢查和分析,對其結構做了改進,使試驗正常進行。

       在一號機組進入熱態試驗及功率調試運行期間,由于二回路凝汽器缺陷導致真空無法建立,主蒸汽系統被隔離,使熱態下蒸汽發生器產生的蒸汽無法向凝汽器排放,一回路無法保持溫度和壓力。在此情況下,大氣釋放隔離閥起到了調節和保持熱態時一回路溫度和壓力的作用。在此期間大氣釋放閥處于開啟狀態(先導閥處于持續排氣的開啟狀態),當完成二回路消缺后準備預熱蒸汽管線時,在關閉3#大氣釋放隔離閥時發現先導閥斷電后無法關閉大氣釋放隔離閥的主閥。現場檢查發現先導閥電磁頭斷電后其排放管線仍然有持續排氣,導致主閥上腔壓力無法升高因而主閥無法關閉。經分析,確定是先導閥產生了故障,根據運行規程,機組只能退出試運行狀態,進行設備的檢查和維修。

部件檢查

      首先對故障先導閥閥芯部件的調節螺釘、閥芯、閥桿和銷釘做了檢查。

調節螺釘

        當采用10×放大鏡低倍宏觀分析先導閥閥桿頂部的調節螺釘時,發現其螺紋磨損嚴重,在磨損表面有許多的蝕點,并且螺釘下端與閥芯接觸的頂部已磨平。當采用掃描電子顯微鏡進行微觀形貌分析時,發現螺紋磨損表面有大小不等、形狀不同的斑坑,斑坑放大后的顯微形貌分析,斑坑是由基體的剝落所形成,存在磨粒及剝落磨屑的微觀特征。

       另外,局部區域有不連續、短距離的劃痕。能譜分析結果表明磨損表面發生了金屬遷移。金相分析還可知,調節螺釘橫截面和縱截面的金相組織特征均為調質處理后的回火索氏體,其金相組織正常,在樣品縱截面的外表層還可觀察到沿螺釘軸向分布的形變流變組織特征。

閥芯

      閥芯上部銷孔磨損,銷孔內側有較為明顯的被磨壓形成的凹槽,微觀形貌可見有磨屑磨粒及較短的劃痕等特征,磨痕邊緣為擠壓輾平的金屬磨屑形態。閥芯內腔底部與調節螺釘接觸處,可見有明顯的磨損痕跡,靠中間位置形成一圓形的凹坑,微觀形貌可見有剝落及腐蝕微孔等顯微特性。

閥桿

      閥桿僅外圓表面有局部磨損,存在部分剝落現象,局部區域留下了與軸向基本平行的溝槽特征,可認為該閥芯與閥桿間存在周向相對運動。

銷釘

     銷釘兩端有明顯的磨損及溝槽,表面有可見剝落及較短的劃痕等顯微特性。

原因分析

      經檢測,閥芯、閥桿、調節螺釘和銷釘材料的化學成分均與設計技術要求一致。硬度測試結果顯示,調節螺釘的硬度約為280HV, 閥芯硬度約為440HV, 閥桿硬度約為500HV, 銷釘硬度約為550HV 。分析確定, 閥門開啟時閥芯等組件沿軸向產生微小振動及周向的相對微小轉動,造成了銷釘、閥芯銷孔處以及閥桿外表面的局部磨損。對于調整螺釘的螺紋部位而言,宏觀分析及微觀分析表明,該部位主要為接觸疲勞引起的失效。由于螺紋連接部位存在一定的間隙,在接觸應力以及泄漏引起的振動荷載作用下,金屬表面的直接接觸以及相對的運動,使硬度相對較低的螺桿螺紋表面產生剝落(能譜分析結果表明磨損表面發生了金屬的遷移)。