3.2 阀门功能

根据阀门的实际功能，确定潜在需改进的阀门。工作于安全壳内或安全壳外靠近贯穿件，正常运行时关闭事故工况下开启的阀门，或需要保证密封性以执行安全壳隔离功能的阀门，可能是需要改进的阀门。

3.3 综合分析

结合概率安全分析和技术经济分析，确定所需改进的阀门。

建立PSA模型，计算阀门在不同的失效参数下，对堆芯损伤频率的影响。利用效益代价比的方法对潜在需要改进的阀门进行分析（图3），即根据安全效益与成本性价比情况确定需要改进的阀门。

图3 安全效益与改进成本的关系

4 改进方案

由锅炉效应的机理可知，当阀腔压力超过闸阀高压侧压力时，闸板两个密封面同时紧靠在高、低压侧两个阀座上，导致阀门无法开启或密封性受到影响。因此改进的基本原理就是将阀门的阀腔卸压，使得阀腔内的压力恢复至阀门高压侧的压力。

（1）在阀门高压侧的闸板上钻孔（图4a）。该方案简单有效，适用于仅需保证单侧（低压侧）密封性的阀门。

（2）在阀门的阀体和高压侧的阀座上各钻一个孔，加装一个带有隔离阀的旁路管线（图4b）。该方案同样适用于仅需保证单侧（低压侧）密封性的阀门，旁路隔离阀在验证阀门密封性的打压试验时关闭。

（3）在阀门的阀体和高压侧的阀座上各钻一个孔，加装一个带有弹簧标定止回阀的隔离阀的旁路管线（图4c）。该方案适用于位于安全壳外侧易受到锅炉效应影响的阀门，在通常情况下可以保证单侧（低压侧）密封性，设置弹簧标定的止回阀是为了在电动阀开启时不破坏安全壳隔离时的密封性。

（4）在阀门的阀体和上、下游的阀座上各钻一个孔，加装一个带有双向止回阀和两个手动隔离阀的三通阀组和旁路管线（图4d）。该方案适用于需要保证双向密封性的阀门，该情况下阀门的上游压力既可能大于下游压力，也可能小于下游压力，因此设置了三通止回阀以实现双向密封的功能，两个隔离阀在正常时开启，在进行阀门整体打压试验时关闭。

(c)加装止回阀的隔离阀（d）加装三通阀组 

图4 改进方案

5 应用实例

大亚湾核电站和岭澳核电站的原型机组为法国M310堆型，核级闸阀的原始设计并没有考虑锅炉效应的影响。在EDF研究试验结果和经验反馈的基础上，结合实际情况，确定了每台机组有10个闸阀受到锅炉效应的影响。经过现场调查和技术分为PTR022VB、RIS063VP和RIS064VP。

5.1 PTR022VB改进

岭澳核电站二号机组在第三次换料大修时阀门PTR022VB开启费力，经阀门解体发现阀瓣产生严重变形，水平度和光洁度已不能满足功能要求，并且阀瓣的一些部位出现较为严重的腐蚀。

PTR022VB是反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统（PTR）作为余热排出装置（RRA）备用的安全壳内侧手动隔离阀。正常运行时，PTR022VB保持关闭。PTR代替RRA运行时，PTR022VB保统的一回路冷却剂通过热传导加热PTR022VB阀腔内部的冷水，引起锅炉效应的产生，进而导致PTR022VB无法开启，PTR备用功能丧失。此外，PTR022VB在发生假想的LOCA事故或MSLB事故时，120℃的再循环喷淋水会加热阀腔而产生锅炉效应，导致阀门的密封性受到破坏，放射性物质有可能突破第三道屏障向外泄漏，因此必须进行防止锅炉效应的改进。

由于PTR022VB仅需要保证靠近PTR一侧的密封性，因此采用在阀瓣上钻孔的方案，即在PTR022VB靠近RRA一侧的阀瓣上钻一个直径为2mm的孔，以连通阀腔和上游高压侧（RRA侧）。实施改进后，PTR022VB运行状况良好，再无锅炉效应发生。

5.2 RIS063/064VP改进

RIS063/064VP是安全注入系统的安全壳外侧电动隔离阀，正常运行期间保持关闭并处于稳定的常温状态。当发生某些设计基准事故（如LOCA事故），安全注入系统进入长期再循环工况时，120℃的地坑再循环硼水会加热RIS063/064VP内部阀腔，使其压力异常升高而出现锅炉效应，导致阀门无法开启。经过概率安全分析，RIS063/064VP因锅炉效应拒开而导致的堆芯损伤几率可达到5.15E－6堆/年，因此实施RIS063/064VP防止锅炉效应的改进对于核安全的保证是十分必要的。

RIS063/064VP应避免安全壳内放射性物质向安全壳外的泄漏，同时也应避免在反应堆停堆一回路开口运行模式下，PTR水箱的硼水通过安全注入系统热端向一回路的泄漏。为实现阀门的双向密封，在RIS063/064VP阀体和上、下游的阀座上各钻一个孔，加装一个带有双向止回阀和两个手动隔离阀的三通阀组和旁路管线，连接阀腔与阀门上下游。RIS063/064VP实施改进后，运行状态良好。

6 结语

锅炉效应可以引起核电厂闸阀超压而无法开启，或密封性受到破坏。通过对大亚湾核电站和岭澳核电站实际情况分析，并采取相应的改进措施防止了锅炉效应的发生，保证了闸阀在系统中的正常运行。

参考文献

[1] 张佳辉,《阀门》，沈阳阀门研究所，2011年（6）