核电厂阀门操作时水锤风险控制

摘要：核电厂的各种系统密集，种类繁多，采用各类阀门控制各类流体流向，流体在流动过程中由于工况变化，产生水锤现象，对电厂安全产生较大威胁。本文针对核电厂手动阀门操作时可能引起水锤的系统进行梳理，筛选出水锤风险较大的系统及其阀门，提出预防和改进措施，避免因阀门操作不当导致水锤现象发生。

关键字：核电；水锤；控制措施

    正文：

2022年5月，维修人员在对ATE664VD进行阀杆润滑时，由于手动开关该阀的速度过快，导致核岛除盐水系统出现明显的水锤现场，引起上游核岛除盐水管道的法兰垫片破损泄漏，在电厂数据系统中查看到管线内压力趋势反应明显，其最高压力达到1.08MPa，正常压力约为0.55MPa。经过分析验证，核岛除盐水管道法兰垫片是由于阀门操作过程中产生水锤导致垫片破损泄漏。

在压力管路中，由于流速的剧烈变化而引起管路压力一系列急骤交替变化，在流速和压力变化过程中，管路中的压力、流量也发生振荡变化，这种水力撞击现象称为水锤现象。在蒸汽管线中的存在冷凝水时，在系统中的低洼处或者阀门后聚积起来，形成具有一定长度的水团。当系统重新启动，阀门突然打开时，水团在蒸汽管道中高速运动或者蒸汽气泡在冷凝水作用下冷凝破裂。高速运动的水团遇到管线内部的非连续部件时（比如弯头、孔板、三通等构件），将对其产生强烈的冲击，蒸汽气泡的冷凝破裂，冷凝水相互撞击，形成巨大冲击力，该种现象也被成为蒸汽水锤现象。水锤会使压力在管道正常工作压强的几倍到几十倍的大范围波动，它会造成管道的剧烈振动和管道接头的断开。

核电厂操作阀门时如何识别及避免水锤是一项重要技能。在核电厂各水路系统中，水锤风险大的，在设计及运行阶段都有防水锤的措施。循环水系统设置虹吸破坏阀、安全常用水系统设置逆止带重锤的出口止回阀等避免发生水锤，设计及运行阶段防水锤的措施保护系统安全。对于未设置水锤保护的系统一般在以下情况发生水锤：泵的启动和停运水锤，水泵启动和停运过程中，管道中流速急剧变化，从而产生水锤，特别是当管道中的空气不能及时排出时，管道中的压力会发生剧烈变化；关闭水锤，由于关闭阀门引起的水锤，通常按正常操作程序关阀不会引起很大的水锤，但是如果违反操作程序或者管道突然堵塞等，管道中将发生不同程度的水锤。

正常情况下，大部分阀门是通过手轮操作，没有突开和突关的情况，加之现在的规程体系也较为完善，涉及到主阀和旁路阀的操作顺序严谨，故而较少遇到操作时导致水锤的情况。但对于手柄操作的蝶阀，若操作过猛，则存在水锤风险。通过对现场阀门进行分析，梳理出以下类似的阀门在操作时水锤风险较大。

（1）核岛冷冻水系统冷却水回路气动阀故障卡开需要隔离检修时，操作以下过快引发水锤可能导致运行的DEG冷冻机冷却水断水保护，如阀门RRI961/962/963VN；RRI941/942/943VN，由于该类工况较少，可不采取补充措施；

（2）两个机组辅助给水系统水箱补水切换或补水误操作可能引发水锤，导致上游安全阀门动作，阀门为ASG113VD；ASG113VD，预防措施为现场增加操作提示并在操作票中增加风险提示；

（3）凝结水精处理系统水箱ATE251CW结束补水时操作阀门，引发水锤会导致上游管道超压泄漏，阀门为ATE664VD和 ATE664VD，预防措施为现场增加操作提示并对阀门换型；

（4）消防水生产系统水箱补水结束关闭阀门时，操作过快引发水锤，可能影响泵房相关水泵轴封供水JPP002VE，现场增加操作提示并进行阀门换型；

（5）执行循环水润滑油系统主隔离时闭式冷却水泵系统仍在运行，操作过快可能引发水锤，影响闭式冷却水泵系统运行，SRI401/402/407/408VD； SRI401/402/407/408VD，预防措施为现场增加操作提示，主隔离中增加风险提示

根据梳理情况可以发现，对于现场管径较大，管道内流体流量较大，可以用手柄瞬间关闭的阀门，均有可能出现水锤的现象。如果阀门操作过急引发水锤，会对同管道连接的设备造成影响，现场部分管道为碳钢衬塑管，受法兰平行度、衬塑层质量等因素影响，法兰垫片耐压能力偏弱，若发生水锤则由可能导致系统渗漏甚至断裂，故而这类阀门需要在操作时缓慢进行，避免几秒内将阀门从全开到全关，或全关到全开，尽量根据水声音减弱情况逐步开启阀门或待水声音没有了以后再缓慢开启阀门，对于充水的情况，保持小开度（1/5或1/6开度）充水。

运行人员操作上述阀门时，为避免水锤提出控制措施：（1）现场阀门增加水锤风险提示标识；（2）将使用手柄齿盘类型的蝶阀操作机构更换为涡轮蜗杆操作机构；（3）对现有规程进行升版，增加上述阀门操作时水锤相关的风险提示；（4）涉及上述阀门的隔离模版注意事项中增加水锤风险提示；（5）现场培训时针对有水锤风险阀门进行操作技巧宣贯，操作时要注意缓慢开关。对于将阀门操作权限释放给维修人员，对此类阀门需要谨慎，识别出有水锤风险阀门，并在开工允许中设置开工锁定，强调操作阀门不能太快。维修人员在工单准备时增加水锤相关风险分析及步骤细化，防止工作负责人暴力操作。在线调整工作隔离办许可开工后要及时通知主控，以便在出现异常时能及时联想并定位异常来源。

参考文献

[1] 张涛，核电厂高级运行，北京：原子能出版社，2012