阀门诊断技术在核电厂设备采购中的应用

AP1000核电机组是美国西屋电气公司设计的第三代压水堆核电机组，目前正在我国浙江三门和山东海阳两个地方修建。AP1000 核电阀门数量和种类众多，其中核岛中就有4000多台。阀门功能是否正常，关系到核电厂的安全和经济运行，因此阀门的隐性故障能够被提前诊断出来，就显得十分重要。阀门诊断试验是在阀门出厂时，通过测试阀门的执行机构电流/功率（电动执行机构） 或气压（启动执行机构） 、阀杆的扭矩和推力以及阀门动作时间等参数，建立阀门的参数信息； 在阀门后期运行期间，用户通过在线检测，对比出厂时的诊断试验参数，发现阀门隐性缺陷，有针对性地对阀门部件进行检修和更换。
传统的阀门检查方法是在机组停机或设备定期检修时，将阀门解体进行检查，这种方式不但浪费时间而且维护成本很高，因此AP1000核电阀门在采购时要求很严格，能动阀门在出厂时必须做诊断试验。
1 阀门诊断系统*
核电阀门诊断系统的设备供应厂家主要有edyne、Crane Nuclear 及Fisher等公司。 以edyne阀门诊断系统为例，它主要由便携式信号处理器及应力传感器等部分组成。
1.1 便携式信号处理器
便携式信号处理器有16个端口，可同时采集16个数据，数据类型包括阀门的启/闭时间、阀杆的推力和扭矩、电动执行机构的电流、电压及功率等。该诊断系统基于Windows操作平台的分析诊断软件TTSQuiklookII，提供了简便的人机操作界面。在测量时可根据不同的测量需要，选用不同的传感器采集信息，经TTSQuiklookII分析和处理后，zui终得到电动阀门的诊断数据和曲线。
edyne设备的采样频率为1000次/s，以便于当所测电流或电压的频率为50Hz时，在0.02s的一次交变周期内可以有20个采样点给出电流或电压的变化情况。较为充足的采样点有利于每个周期内对电流或电压参数变化的分析和对比。此外，阀门在启、闭过程中，推力及扭矩等信息的变化是在0.01～0.10s内变化的，只有采样频率足够高才能得到较准确的变化曲线。
1.2 应力传感器
应力传感器在做出厂诊断试验时，将压力传感器粘贴在阀杆上，试验做完后可以保存下来继续使用。
应力传感器内表面布置有电路，当阀杆受力变形时，应变片中惠斯通电桥电阻发生变化，引起电桥的电流和电压变化； 电流和电压的变化数据经处理后转换为电信号的变化，形成阀杆推力和扭矩同输入电信号的关系，经过转换即可得到推力和扭矩。

2 电动楔式闸阀的出厂诊断试验
2.1 阀门诊断试验
本次诊断试验的AP1000核电阀门共有8台，是国内某厂生产的DN100、公称压力为15MPa的电动楔式闸阀，试验中使用了edyneQuiklookII电动阀门诊断系统。
在诊断试验前，每个阀门进行10次启、闭动作试验，确保阀门启、闭自如。然后每台阀门分别进行4次空载和带载启/闭试验，测试参数包括阀杆推力、阀杆扭矩、阀门启/闭时间、电动执行机构的电流、电阻及功率等。
对于阀杆推力和阀杆扭矩，分别采集阀瓣脱离阀座时的值、zui大运行值、平均运行值和阀门启/闭时控制开关跳闸时的值。
2.2 阀杆推力和扭矩
edyne Quiklook II电动阀门诊断系统采集了阀门相关参数的数据，并生成参数曲线，作为阀门是否需要解体检修的判断依据。在此选取阀杆推力和阀杆扭矩的参数曲线作为示例（图2），对阀杆推力和扭矩进行计算分析，并对诊断试验结果进行比较。