引言

在压水堆（PWR）核电厂的运行寿命内，余热排出系统承担着反应堆停堆后的余热排出、换料冷停堆期间的冷却以及防止一回路在低温工况下超压等重要安全功能。特别是在电厂停堆冷却阶段，当主泵停运、稳压器汽腔消失后，一回路水容积随温度变化显著，若冷却速率控制不当或发生误操作，极易导致一回路压力异常升高，威胁压力边界的完整性。此时，余热排出系统的安全阀作为最后一道超压保护屏障，必须能够精确开启泄压并在压力恢复后可靠回座。某核电厂机组余热排出系统采用法国SEBIM公司（现Trillium Flow Technologies）生产的热态方案先导式安全阀。该型阀门采用独特的级联结构设计，集成了保护阀与隔离阀，并配备DCM50弹簧式先导阀与3VHT电磁三通阀，具备在线试验与远程控制功能。然而，由于其内部流道复杂、密封面众多且对弹簧预紧力极为敏感，增加了现场维修的难度与精度要求。以往检修中，常出现因研磨工艺不当导致的密封面泄漏，或因先导阀调整引起的整定压力偏差等问题。本文结合某核电厂多年的运维经验与具体检修案例，对该型安全阀的工作原理进行理论剖析，对关键维修工艺进行量化分析，并建立故障诊断矩阵，旨在为同类核级安全阀的维护提供系统的技术参考。

1 阀门结构特性

1.1 概述

余热排出系统主要功能是在反应堆停堆后，将堆芯余热及一回路显热导出至最终热阱。在低温停堆工况下（如一回路平均温度低于180℃），系统处于两相流或单相液态运行模式。此时，若发生误注水或热冲击，一回路压力可能迅速攀升。SEBIM热态先导式安全阀组的设计目的，即是在一回路压力超过设定值时自动开启，将冷却剂排放至容积控制箱或化容系统，从而限制压力上升。

SEBIM热态先导式安全阀的特点是流经蒸汽、气体、液体和两相流介质时有卓越的稳定性、重复开关可靠性高、精确度高、可进行在线压力整定、可以远程开关操作，并且由于设计了级联隔离阀，可以防止安全阀卡开故障。第一个阀门（保护阀）用于泄压，第二个阀门（隔离阀）专门用于防止第一个出现无法关闭的故障，双重保障加倍提升了安全阀组的可靠性。

1.2级联式主阀结构

某电站余热排出系统使用的SEBIM热态先导式安全阀阀组由四个独立回路组成，每个回路包含两台安全阀，形成级联结构。其中保护阀（Protection Valve）：作为主保护元件，直接执行泄压功能。其上腔活塞缸内设有弹簧，提供初始密封力，确保在无系统压力时阀门处于严密关闭状态。隔离阀（Isolation Valve）：作为保护阀的冗余屏障，专门用于防止保护阀因故障（如卡涩、密封失效）而无法关闭。其上腔没有弹簧，在无系统压力时呈半开半关状态。

这种“保护阀+隔离阀”的级联设计，实现了双重隔离功能，显著提升了安全阀组的可靠性，如图1所示。

1.3 DCM50先导阀与3VHT电磁三通阀结构

阀组的动作逻辑由DCM50弹簧式先导阀主导，辅以3VHT电磁三通阀进行远程控制，如图2所示。

DCM50先导阀：作为“大脑”，感知系统压力并控制主阀上腔的压力建立与排放。它是控制先导式安全阀准确开启，稳定排放，适时回座，可靠密封的核心部件。DCM50分为三个大部分，Pressure sensing element、Needle area、Volume5 area。

3VHT电磁三通阀：接收仪控模块信号。在正常工况下不带电；当接收到开启信号时，电磁阀带电切换流道，强制排放DCM50下腔压力，进而打开主阀。

DCM50先导阀与3VHT电磁三通阀结构如图3所示。

2 阀组动作机理

2.1 主阀动作原理

单个主阀（以保护阀为例）的启闭取决于阀瓣所受的合力F的方向。设系统压力为P₀，主阀上腔压力为P₁，上腔活塞面积为A₁，下腔阀瓣密封面积为A₂，弹簧预紧力为F₀。

关闭状态：在正常工况下，先导阀处于关闭状态，系统压力P₀通过供应管线进入主阀上腔，此时P₁=P₀。由于A₁≫A₂，合力F=（P₁×A₁）-（P₀×A₂）=P₀×（A₁-A₂）＞0，合力方向向下，主阀保持紧密关闭。

开启状态：当系统压力达到安全阀组整定值，先导阀动作，将主阀上腔与排放口连通，导致P1≈0（不考虑背压）。此时，合力F=（P₁×A₁）-（P₀×A₂）=0-（P₀×A₂）＜0，合力方向向上，克服弹簧力及摩擦力，推动阀瓣上行，主阀开启泄压。

主阀阀组（保护阀+隔离阀）的动作原理见如图4所示。

2.2 DCM50先导阀的四阶段动作逻辑

DCM50先导阀内部包含“上三通”（阀针、阀球、上球座）和“下三通”（阀瓣、下波纹管）两个关键切换组件。其动作过程可细分为四个阶段，如图5所示。

第一阶段（正常关闭）：系统压力P₀作用于上波纹管，克服弹簧力压迫阀针向下，关闭泄压通道。同时，P₀进入下活塞缸，推动下波纹管上升，封闭排放口，并导通至主阀上腔。此时主阀上腔充压，主阀关闭。

第二阶段（压力上升）：P₀升高但未达整定值。上波纹管进一步压缩，但未触发切换，流道状态保持不变。

第三阶段（开启泄压）：P₀达到整定压力，上波纹管被压缩至极限，阀针在弹簧作用下上移，脱离阀球。下活塞缸内的介质通过阀针中心孔泄压，下波纹管回落。此时，供应管线被切断，主阀上腔与排放口连通。主阀上腔失压，主阀开启。

第四阶段（回座关闭）：P₀降至回座压力，上波纹管在弹簧垫片作用下复位，阀针重新压紧阀球，关闭泄压通道。系统压力再次进入下活塞缸及主阀上腔，主阀关闭。

3关键维修工艺与质量控制

DCM50先导阀与主阀的维修构成了检修工作的核心，检修质量直接决定了阀门的性能。

3.1 主阀密封面研磨工艺

主阀密封面的质量直接影响阀门的内漏率。研磨工艺需遵循“先消缺、后抛光”的原则。

研磨流程：(1)粗磨：使用60μ-30μ砂纸去除密封面划痕、麻点等缺陷；（2）精磨：使用15μ-3μ砂纸进行抛光，提高表面光洁度。

关键质量控制点（KCP）：（1）研磨量限制：阀瓣凸台的研磨总量不得超过0.5mm，以防止改变流道特性或导致阀瓣行程不足；（2）尺寸链校核：阀座研磨后，必须保证关键尺寸H在公差范围内。隔离阀：H=158.65±0.375 mm保护阀：H=163.65±0.275 mm，如图6所示；（3）接触精度：采用蓝油试验检查接触面。要求接触线宽度超过2/3阀瓣面积，且连续、均匀、无断线。

3.2 DCM50先导阀精密调整

3.2.1 密封面研磨技术

DCM50先导阀包含6个密封面，如图7所示。其中下波纹管的活塞密封面与下阀座密封面必须位于同一平面上。改变自由状态下两个密封面的高度差，会导致阀门在低压或高压密封试验中，无法在正确的压力下实现流道切换，造成泄漏。必须借助专用工装，将两个密封面调整至同一平面进行同步研磨。

3.2.2 ΔP值控制

整定压力与回座压力的差值（ΔP）由阀针顶轴组件的长度决定。为了复现原厂设计特性，引入S值与T值概念进行量化控制，如图8所示。

S值定义：未安装上部组件时，放置25mm标准块，使用深度千分尺模拟下压阀针直至与阀球接触的距离。

T值定义：安装上部组件后，阀针实际下压阀球的距离。调整公式：

根据厂家技术文件及现场经验，需满足以下关系式：T = S +0.3 +0.05(mm)，其中0.05为经验数值，测量导致的随机误差。严格控制该公式，可确保修后ΔP值与修前基本保持一致，避免修后试验动作压力漂移，保证阀门动作的稳定性。

4 常见故障诊断与处理策略

基于某核电厂历年检修数据，本文建立了SEBIM热态先导式安全阀的故障诊断矩阵，将常见故障归纳为外部泄漏、内部泄漏及密封试验异常等，如表1所示。

常见异常	缺陷原因	处理措施
主阀阀头动作试验压力表接口泄漏	压力表接口的垫片损坏/未更换	更换新垫片并重新按力矩紧固
主阀阀头与阀头底座间隙泄漏	主阀阀头内石墨垫片方向安装错误或损坏	按照规定方向重新安装新垫片
	主阀阀头与阀头底座连接的中空定位销垫片损坏	拆除阀头并解散，重新更换新垫片
阀头底座与中法兰间隙泄漏	中法兰垫片方向安装错误或损坏	按照规定方向重新安装新垫片
	阀头底座与中法兰连接的中空定位销垫片损坏	将阀头整体拆除中法兰，重新更换新定位销垫片
泄漏监测管介质泄漏	主阀下波纹管损坏	更换新的波纹管组件
主阀内漏	系统升压速度过快，被介质冲击短时开启阀门	短时开启无泄漏无需处理，后续联系运行缓慢升压
	密封面夹杂硼结晶或被介质冲击损伤	解体研磨修复密封面
	阀芯、阀座研磨量超出限值范围	更换新阀芯或阀座
维修后先导阀在整定压力无法开启	试验台故障或试验管路堵塞	检查试验台并排除管线堵塞问题后再次试验
	调整杆测量值不准确，导致弹簧力实际未到整定值	重新调整弹簧力至整定值
	阀针顶轴组件长度不合适	解体阀门，重新调整阀针组件
密封试验时上排放口泄漏（静压密封试验和低压密封试验）	上三通阀针、阀球密封面存在缺陷	解体阀门重新研磨修复密封面，必要时更换阀球
密封试验时上排放口泄漏（超压密封试验）	上三通阀球、上球座密封面存在缺陷	解体阀门重新研磨修复密封面，必要时更换阀球
密封试验时下排放口泄漏（静压密封试验和低压密封试验）	下三通阀瓣、下波纹管活塞密封面存在缺陷	解体阀门重新研磨修复密封面
	下波纹管活塞密封面与阀座密封面未调整到同一平面研磨，导致下波纹管活塞密封面研磨量过大	研磨阀座密封面，使下波纹管活塞密封面和阀座密封面高度差恢复原有的高度差
密封试验时下排放口泄漏（超压密封试验）	下三通阀瓣、下波纹管下阀座密封面存在缺陷	解体阀门重新研磨修复密封面
	下波纹管活塞密封面与阀座密封面未调整到同一平面研磨，导致下波纹管下阀座密封面研磨量过大	研磨活塞密封面，使下波纹管活塞密封面和阀座密封面高度差恢复原有的高度差
在线试验时回座压力无法调整到范围内	修前的阀针顶轴组件长度未测量记录，导致修后的ΔP值差距过大	拆卸DCM50先导阀，重新调整阀针顶轴组件，调整ΔP
在线试验时阀门无法正常动作	在线实验的接口安装位置错误	根据技术文件核实接口管线并重新安装
	接口管线存在弯折堵塞	重装管线并确认无弯折堵塞

5结语

某核电厂余热排出系统SEBIM热态先导式安全阀作为保障一回路压力边界安全的关键设备，其结构复杂且对维修工艺要求极高。本文通过分析其级联结构与先导控制原理，得出以下结论：

机理明确：该阀门通过级联结构实现双重保护，依托DCM50先导阀“上/下三通”的状态切换，实现主阀的精确控制。

工艺关键：主阀密封面的研磨量控制（H值）与DCM50先导阀的共面研磨是防止泄漏的基础；而基于S值与T值的ΔP调整公式 T = S +0.3 +0.05(mm) 是保证阀门动作性能的核心。

故障治理：建立系统的故障诊断矩阵，针对外漏、内漏及动作异常采取针对性措施，可显著提高检修效率。

严格执行上述维修工艺标准，并结合精细化的质量控制手段，能够有效提升阀门的检修质量与运行可靠性，为核电厂的安全稳定运行提供有力保障。

参考文献：

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2. [2] 李伟, 张强.先导式安全阀在核电站中的应用及故障分析[J]. 阀门,2019(04):45-48.
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