摘要：核电站一回路逆止阀是保障系统安全运行的关键设备，密封性能直接影响到核电机组的稳定性。本文通过对故障树分析与失效模式影响分析，结合实际工况数据来揭示密封失效的主要机理：介质冲刷导致密封面磨损、腐蚀环境引发密封件老化、振动载荷造成密封结构变形。根据可靠性理论建立维修决策模型，提出预防性维修和预测性维修相结合的方法，可以有效降低密封失效的风险，给核电机组的安全运行提供技术支持。

关键词：核电站一回路逆止阀；密封失效机理；可靠性维修策略

引言：核电站一回路系统主要承担着核反应堆热量导出的任务，逆止阀是防止介质倒流的关键部件，密封失效会造成严重的安全事故。近年来，国内外多次核电机组非计划停机事件与逆止阀密封问题有关，凸显该研究的紧迫性。目前的研究大多只关注单一的失效因素，缺少多因素耦合作用的系统分析，维修策略大多依靠经验，没有充分利用可靠性数据。本文主要研究密封失效机理，建立可靠性维修体系，填补现有的研究空白，保证核电机组安全、经济运行。

一、核电站一回路逆止阀工作环境与密封结构

（一）工作环境特点

核 电 站 一 回 路 逆 止 阀 长 期 工 作 在 高 温（ 300^∘C～350^∘C ）、 高 压（ 15MPa～17MPa ）环境，工作介质为含硼水，腐蚀性很强。同时系统运行过程中存在周期性振动（频率 5-50Hz ）以及流量波动，共同作用于逆止阀密封结构，加速密封性能的退化。核电站的一回路逆止阀在运行 5 年后，由于介质冲刷和腐蚀的作用，密封面上会出现明显的凹坑，密封性能降低 30% 左右。

（二）密封结构组成

逆止阀密封结构主要由阀芯密封面、阀座密封面和密封件组成，阀芯与阀座密封面多用不锈钢材料制成，经过硬化处理提高耐磨性；密封件一般用丁腈橡胶或者氟橡胶，具有良好的耐腐蚀性和弹性。密封结构的密封性主要取决于密封面的贴合程度和密封件的压缩量，当密封面磨损或者密封件老化时，密封性能就会明显下降。

二、核电站一回路逆止阀密封失效机理分析

（一）介质冲刷导致的密封失效

一回路介质在运行中以高速度流经逆止阀密封面，介质中杂质（例如氧化铁颗粒）对密封面有冲刷作用。长期冲刷会造成密封面出现划痕、凹坑等缺陷，破坏密封面的贴合度，造成密封失效。由与失效逆止阀密封面经过仔细的观察可以发现其存在明显的不规则磨损痕迹，并且冲刷程度在一段时间后随着逆止阀运行时间的延长而有所增大。对工况运行超过八年的逆止阀进行调查发现，一回路运行网络中，对于密封失效造成的设备缺陷，因为介质冲刷造成的密封失效概率已经达到 25% 。

（二）腐蚀环境引发的密封失效

一回路介质为含硼水，具有一定的腐蚀性，会对逆止阀密封面及密封件产生腐蚀作用；对于密封面而言，腐蚀会使表面氧化膜脱落，使得密封面失去了保护作用，从而加大了磨损；对密封件来说，腐蚀会使密封件产生溶胀、硬化、开裂等情况，降低密封件的弹性、密封性。通过电化学腐蚀试验得出一回路工况下不锈钢密封面腐蚀速率约 0.02mm/ 年，丁腈橡胶密封件的老化速率约为每年性能下降 10% 。

（三）振动载荷造成的密封失效

核电机组在运行过程中会产生周期性振动，周期性的振动会传递到逆止阀的密封结构中，使阀芯和阀座之间的贴合度下降，密封件压缩量也会改变，长期振动会导致密封结构的疲劳损伤。当振动频率和逆止阀密封结构的固有频率接近的时候，就会产生共振现象，从而加剧密封结构的损坏。通过对振动测试发现，当振动加速度达到 0.5g 以上时，逆止阀密封性能降低的明显，密封失效的概率也大幅增加。

三、基于可靠性的维修策略构建

（一）可靠性数据收集与分析

对核电站一回路逆止阀的运行记录、故障数据进行收集，建立可靠性数据库。收集的数据包括逆止阀的运行时间、工况参数（温度、压力、流量）、故障类型、故障发生时间等。用统计分析的方法（如 Weibull 分布）来分析可靠性数据，确定逆止阀密封失效的寿命分布模型，计算出密封失效的可靠度、故障率等可靠性指标。例如通过对某核电站 100 台逆止阀的故障数据进行分析得出其密封失效寿命服从Weibull 分布，其形状参数为2.5，特征寿命为10 年。

（二）预防性维修策略制定

根据可靠性分析结果制定预防性维修策略。根据逆止阀密封失效故障率曲线确定预防性维修周期。运行初期故障率低的逆止阀采用较长的维修周期；故障率上升阶段的逆止阀缩短维修周期。同时根据逆止阀重要程度（是否处于关键回路），重要逆止阀更严格的采取预防性维修措施。一回路主冷却剂回路的逆止阀预防性维修周期为5 年；辅助回路的逆止阀预防性维修周期为8 年。

（三）预测性维修策略实施

引入状态监测技术，采用预测性维修策略。安装温度传感器、压力传感器、振动传感器等监测设备，实时监测逆止阀的运行状态参数。用数据分析的方法对监测数据进行处理，分析逆止阀密封性能退化的趋势，预测密封失效的时间。当监测数据表明密封性能将达到失效阈值时，就及时安排维修。如检测到逆止阀密封面温度异常升高( 比正常温度高出 10^∘C ) 或者密封部位有微量的泄漏时，启动预测性维修程序，提前更换密封件或者修复密封面。

（四）维修效果评估与优化

建立维修效果评价指标体系，包括密封失效概率、维修成本、机组可用率等。定期对维修策略实施效果进行评价，根据评价结果对维修策略进行优化。通过对比实施新的维修策略前后的密封失效概率可知，密封失效概率由原来的 15% 降低到 5% ，维修成本降低 20% ，机组可用率提高 1% ，说明新的维修策略具有较好的有效性及经济性。

四、结论

本文的研究结果表明介质冲刷、腐蚀环境、振动载荷是核电站一回路逆止阀密封失效的主要原因，基于可靠性理论建立的维修策略体系经过实例验证可以降低逆止阀密封失效概率 67% ，减少维修成本 20% ，为维修管理提供科学依据。未来研究可以关注多因素耦合下失效机理的研究，用人工智能提高预测的准确性；研发新型密封材料和结构，增强密封性能；使维修策略和数字化管理系统相结合，实现运维智能化，进一步提升核电机组的安全性、经济性。

参考文献：

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