核电厂闸阀锅炉效应机理分析

hbzhan内容导读：某些热源会加热处于关闭状态的闸阀内部空间，使阀腔压力异常升高。当阀腔压力超过闸阀高压侧压力时，闸板的上下游密封面同时紧靠在两个阀座上，开启闸阀就需要同时克服闸板与两个阀座间的摩擦力。

锅炉效应是一种由于原始设计缺陷而导致的共模故障，它可以引起核电厂的某些闸阀拒开或者密封性受到破坏，对于一些与核安全相关的安全壳隔离阀，由于阀门故障而引起第三道屏障破坏或安全注入系统不可用，导致堆芯损伤的频率增加。因此，必须对这一现象进行研究，针对那些受到锅炉效应影响的阀门进行分析确认，并制定相应的改进方案予以防治。

1991年3月，法国BUGEY核电站5号机组在进行安全壳隔离阀的密封性试验时，发现安全壳喷淋系统的某个电动闸阀因故障无法开启。法国电力公司（EDF）经过相关调查分析发现，故障的根本原因为阀门的原始设计缺陷引起的，这促使EDF对其所有900/1300MW机组的核岛部分近200个闸阀进行了分析和研究。研究主要包括闸阀功能，正常运行和事故状态下运行的工况分析等，用于确定闸阀与贯穿件相对位置的等轴图，模型试验、潜在的后果和风险分析等。分析确定，某些处于关闭状态的闸阀会因为受到锅炉效应的影响而导致其无法开启或密封性失效。在岭澳核电厂2号机第3次换料大修时，维修人员也在现场发现由于锅炉效应导致阀瓣严重变形的情况。

锅炉效应机理

锅炉效应本质上是一种温度压力效应。某些热源会加热处于关闭状态的闸阀内部空间，使阀腔压力异常升高。当阀腔压力超过闸阀高压侧压力时，闸板的上下游密封面同时紧靠在两个阀座上，开启闸阀就需要同时克服闸板与两个阀座间的摩擦力。但是，闸阀驱动装置的开启力矩设计只考虑低压侧闸板与阀座间的单侧摩擦力，因此闸阀驱动装置的开启力矩小于实际所需力矩，此时闸阀无法正常开启。当阀腔压力继续升高到超过闸阀的设计压力时，将导致闸板和阀座甚至阀体产生变形而无法保证阀门的密封性。

（1）直接热源

对于靠近运行温度高的系统（如RCP和RRA系统）且处于常关位置的隔离闸阀，热传递使得闸阀内部空间的液体受到加热而产生锅炉效应，影响了阀门的密封性和开启功能。

（2）潜在热源

对于某些需要执行安全功能的闸阀，如在发生一回路冷却剂丧失事故（LOCA）或主蒸汽管道破裂事故（MSLB）时，安全壳内局部环境温度异常升高，此时某些位于该环境的闸阀内部空间受到加热而出现锅炉效应，导致阀门不能开启而无法执行安全功能。