人員閘門在福清核電的應用和問題分析

  來源:安全管理網 
評論: 更新日期:2018年11月03日

 摘 要 安全殼是核電站防止放射性物質外泄的重要屏障,也是最后一道屏障。人員閘門作為反應堆安全殼鋼襯的一部分,其密封性和功能正常對安全殼意義重大。本文簡介人員閘門在福清核電的應用,并對現場應用出現的問題進行分析和提出解決建議。

  關鍵詞 人員閘門;應用;問題分析;優化
  中圖分類號 TL4 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708(2016)162-0187-02
  核能的發展與和平利用是20世紀最杰出的科技成就之一。我國核電經過20多年的發展,目前形成了浙江秦山、廣東大亞灣和江蘇田灣3個核電基地,核電占中國電力總產量的比例逐年攀升,核電站的安全性也越來越重要。安全殼是核電站防止放射性物質外泄的最后一道屏障,發生事故時,它可以把大量放射性物質隔離在安全殼內,避免對環境產生不可接受的影響。人員閘門作為反應堆安全殼鋼襯的一部分,其密封性和功能正常對安全殼意義重大。人員閘門主要功能是在反應堆正常運行和停堆換料期間,供人員和小型設備在反應堆運行或熱停堆時通過,而不損壞安全殼的密封功能。特殊情況下還具備以下功能:
  1)事故情況下,作為人員緊急撤離的出口;2)在冷停堆時,閘門解除聯鎖兩個門同時打開,作為人員和小型設備的進出通道;3)在安全殼進行密封和強度試驗時,作為增/減壓艙[ 1 ]。
  1 人員閘門應用簡介
  1.1 結構簡介
  人員閘門包括8m正常閘門和0m應急閘門,兩套裝置是一樣的。其由筒體、密封門及其傳動、鎖緊、液壓裝置等3部分構成,其中筒體直徑約為2 940mm。密封門有內、外兩扇,都為內壓式,由100mm厚的20HR鋼板制作,高2 200mm,寬1 700mm。門上設置窺視窗,孔徑為直徑φ200mm,采用雙道環形圈密封。人員閘門部分筒體埋入安全殼混凝土。人員閘門是安全殼貫穿件,屬于核安全2級(MC級設備)、抗震類別為I級的設備[2]。
  1.2 操作簡介
  在反應堆正常運行工況及異常運行工況期間,任何一扇門都應能確保安全殼壓力邊界該部位的完整性和密封性,在事故工況時,應能確保安全殼壓力邊界該部位的密封性。在正常情況下,通過操作,可實現密封門的開啟和關閉。為了保證安全殼的密封性和完整性,必須保證有一個密封門是關閉的[ 3 ]。
  操作方式有手動和電動2種,正常情況為電動操作,緊急情況下可使用手動操作開關人員閘門。電動操作臺共有3個,分別在安全殼外、艙內和安全殼內,每個操作臺均可操作內部密封門和外部密封門。
  在電動機構失效情況下,使用手動操作,共有4個操作手輪,外密封門的內外各有1個手輪操作外密封門,內密封門同樣如此。
  密封門開啟的操作程序包括如下動作:1)壓力平衡機構動作,平衡閥板開啟,延時5s使壓力平衡;2)解除鎖緊,鎖緊栓從鎖緊支架中退出;3)連鎖機構動作,鎖閉另一側門;4)解除鎖緊動作完成,頂升機構動作,門被頂起;5)升降門階在彈簧作用下上升;6)門旋轉開啟。在自動操作狀態下,開門的時間約為34s,其中未包括壓力平衡時延遲的5s。
  2 常見問題分析及處理方法
  人員閘門承擔著安全殼密封和人員進出的作用,人員閘門故障可能會導致安全殼密封性破壞,或者人員無法正常進出安全殼,尤其是人員被困在安全殼或艙內時,有過度輻射和窒息風險。在福清核電調試和運行期間,人員閘門曾多次出現問題,有設計缺陷,有機械故障,也有操作不當,對人員進出造成了不良影響。下面對人員閘門操作時經常遇到的幾個問題進行分析并提出解決措施。
  2.1 電動操作時密封門無法關嚴
  電動操作關門時,電機驅動密封門關閉并執行后續的下降和鎖緊動作,但由于門體慣性較大,在關閉瞬間會反彈回來,導致后續自動動作無法進行。閘門本身設置的卡緊裝置基本無效果。經與廠家確認此為設計問題,同行電廠人員閘門也存在此問題。
  解決措施:人員閘門關門時,必須先用手把門關嚴,再按下關門按鈕進行鎖緊。關門時應盡量輕緩,以免造成密封門反彈。
  建議優化:優化卡緊裝置,密封門和門框安裝電磁吸合器,利用強大的電磁吸合力保證密封關閉時不會反彈出去。吸合器的動作時間由繼電器進行控制,保證不影響密封門的其他動作。
  2.2 人員閘門有尖銳異音且手輪跟著轉
  電動操作時人員閘門有尖銳異音且手輪跟著轉,這是因為手動離合器沒有完全脫開,主要原因是手動離合器間隙偏小。
  處理方法:出現這種狀況對設備損害較大,應立即按下“停止”按鈕,并按“手動”“自動”按鈕切換幾次,讓離合器完全脫開后才可以繼續操作。后續應提缺陷工單,由維修機械人員來調整手動離合器間隙。
  這種情況下手輪跟著轉的轉速非常快,存在傷人風險,所以在操作時人員應遠離手輪、傳動軸、鏈條等轉動設備,以免受到傷害。
  2.3 手自動操作失靈
  自動操作沒有反應,手動操作也沒反應,這種情況主要原因:操作不當導致超力矩保護動作,安全離合器脫開。
  處理方法:切到手動,反向或正向搖手輪多搖幾圈,聽到“咔”的一聲即安全離合器已經復位,可以繼續正常操作了。若不行的話手自動切換一下,手動多搖幾圈。
  自動操作不了的情況還可能是因為沒有運行許可信號,應聯系主控。
  2.4 密封門無法推動
  故障現象是門體轉不動,手動電動均無動作,8m閘門內門出現過這種狀況。廠家人員檢查后發現是傳動法蘭卡死,拆開后發現傳動法蘭已損壞,拿備件加工更換后,閘門恢復正常。
  處理方法:遇到這種情況,先檢查門前后有無障礙物阻擋,沒有的話可能就是傳動軸卡死,提缺陷工單由維修機械人員處理。
  2.5 密封門門體未到位動作導致門被卡住
  當人員閘門聯鎖未投入,外密封門是開的,此時如果安全殼內是負壓,在內密封門門體兩側有較大壓差,平衡閘板打開不足以平衡壓差,門體受較大壓力,在門體提升起來但還未完全提到位時,在壓差力的作用下,提前旋轉打開,由于沒有完全提升起來,門體會被地板卡住,且此時門體插銷脫開,門體由提升模式轉到旋轉模式,門體無法提升,導致密封門卡在那里。8m閘門內門出現過多次這種情況。防止這種情況發生的辦法是,在開啟內門前,先把外門關嚴(用手頂住,只關嚴不鎖緊),這樣在開內門的時候門體就不會受很大的力,可以正常開啟了。內門關閉時會因為壓差力的作用無法自動關閉。此為設計問題,未考慮特殊情況下安全殼負壓對密封門的作用力。
  解決辦法有2個:
  一是將門體中間部位的插銷頂進去(或是將門關嚴使插銷頂進去),使棘輪棘爪脫開(不然轉動就傳不到提升裝置),然后切到手動,往開的方向搖,使門完全提起來,就恢復正常了;二是用長螺絲刀或鋼條,插入門后中間部位的萬向節傳動軸上,向下扳使傳動軸轉動,從而帶動提示裝置轉動,使門完全提起。
  將插銷頂進去,棘輪棘爪脫開,傳動軸切換到提升裝置,使門體提升到位就可以正常開啟了。正常提升到位的話,綠框內只有約3圈螺紋。
  建議優化:設計時考慮負壓對密封門的作用力及其對門體動作的影響,進行優化。
  3 結論
  人員閘門在機組正常運行和換料停堆期間都有著非常重要的作用,本文對人員閘門在福清的應用和產生的問題進行了分析,發現人員閘門在設計上存在門體反彈等問題,制造和調試也對閘門質量影響很大。通過優化操作方式可解決部分問題,但從設備可靠性和自動化來講,還需從設計上解決根本問題。
  參考文獻
  [1]福清核電1、2號機組EEP系統手冊.
  [2]錢浩.核電站安全殼人員閘門應力分析[J].力學季刊,2009(4):638-644.
  [3]沈勇堅.核電廠人員閘門傳動裝置的設計.上海:機械工程師,2015(7):244-246.

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