摘要：DV-5隔膜式雨淋阀由于动作灵敏、易复归、故障少、可靠性高，而被国内外核电厂大量使用。某三代核电厂使用中过程中部分雨淋阀的自动关断阀故障率较高，电厂维修部门解体发现自动关断阀内杂质较多或者密封面缺陷导致导致雨淋阀不动作或者动作不到位，进而影响了设备的可用性
关键词：DV-5隔膜式雨淋阀、自动关断阀、杂质、密封不严
一、背景介绍：
相比于国产ZSFM隔膜式雨淋阀的使用情况，美国TYCO公司生产的DV-5隔膜式雨淋阀（后文简称雨淋阀）由于动作灵敏、易复归、故障少、可靠性高，而被国内外核电厂大量使用。根据国内CPR1000机组的使用情况，以及法国核电站的改造换型反馈，某三代核电厂一期两台机组的主变压器、辅变压器、核岛柴油机、常规岛柴油机以及汽轮机厂房和泵站等区域大量使用DV-5型雨淋阀作为固定喷淋消防设备，用于满足不同区域消防灭火需求。
根据厂家的设备运行维修手册（后文简称EOMM），雨淋阀需要定期进行手动/自动动作验证，用于验证雨淋阀的动作情况，以及对相关管道末端进行排水。根据电厂目前的使用情况反馈，部分区域雨淋阀自动关断阀的故障率较高，导致雨淋阀不动作或者动作不到位，进而影响了设备的可用性：
1、雨淋阀的自动关断阀是雨淋阀真实动作后的“防自动复位装置”，用于保证雨淋阀动作后的可靠喷淋，防止喷淋意外中断。如自动关断阀不能实现“关断”功能，可能导致雨淋阀在喷淋过程中自动关闭，消防喷淋中断。
2、雨淋阀试验不合格导致相应区域消防不可用，导致火灾风险增加；同时安全相关系统的消防系统不可用，还可能存在违反核电厂技术规格书的风险。
二、理论原因分析：
根据EOMM的描述，DV-5型雨淋阀动作原理如下：
DV-5 型雨淋阀处于准工作状态时，从系统主控制阀入口侧接出的配管通至隔膜腔，向其中加压。启动装置的动作(如电磁阀/手动卸压阀)，使隔膜腔中释放水的速度快于隔膜腔供水管上设置的自动关断阀的补水速度，从而导致隔膜腔内压力迅速下降，作用在隔膜上使隔膜保持在关闭位置的差压力减小，当低于阀门脱扣点时，供水侧压力迫使隔膜开启，水流入系统侧管道，同时，相关传感器的信息进入报警接口，启动系统报警装置。
根据EOMM的描述，该阀门的类型是弹簧式开启、浮动隔膜片、活塞式操作阀，在雨淋阀组启动后，即行关闭，以防止雨淋阀组在灭火时关闭，起到防复位的功能。根据此结构，目前遇到的问题可能如下几种：隔膜片在阀门开启位置卡住、隔膜片在阀门关闭位置卡住、隔膜片在中间位置卡住、自动关断阀关闭位置但隔膜片密封面不严，下面根据四种不同的故障类型进行单独理论分析:
1、隔膜片在阀门开启位置卡住
此种故障比较隐蔽，由于此故障不影响阀门的正常充水复位操作而难以被发现，只有在雨淋阀动作不到位或者雨淋阀流量不满足要求时才能被发现。当雨淋阀通过电磁阀或者手动泄压装置进行动作时，雨淋阀隔膜腔的水虽有泄压，但补水不能被中断，导致雨淋阀隔膜腔无法泄压或者泄压不充分，导致雨淋阀隔膜腔无法完全排空，从而造成雨淋阀拒动或者动作不到位。根据调试给出的试验数据，雨淋阀隔膜腔压力只要大于二分之一入口压力，雨淋阀隔膜腔可能存在达不到阀门脱扣点的风险。因此当雨淋阀动作时，雨淋阀隔膜腔压力大于二分之一入口压力，同时电磁阀或者手动泄压装置下游有水带压喷出，即可判断自动关断阀的隔膜片在开启位置卡住。
2、隔膜片在阀门关闭位置卡住
此故障在雨淋阀隔膜腔充水时就能发现，隔膜片在自动关断阀关闭位置卡住会导致无法向雨淋阀隔膜腔充水，导致雨淋阀无法复位。如雨淋阀已充水完毕时发生此故障，同时存在雨淋阀隔膜腔微小泄漏时，雨淋阀隔膜腔无法补水，随着时间推移，雨淋阀隔膜腔压力下降较多情况下，会存在雨淋阀误动的风险，导致喷淋系统动作。
3、隔膜片在中间位置卡住
此故障也较为隐蔽，现象与故障1类似，主要区别是导致雨淋阀隔膜腔泄压不充分或者泄压缓慢，雨淋阀隔膜腔的压力缓慢下降会让隔膜动作减慢，从而导致雨淋阀动作延缓，存在不满足国标中对雨淋阀动作后达到全流量时间的要求。雨淋阀动作的延缓的时间主要取决于排水和充水速率之差，但如果出现雨淋阀拒动的情况，那说明自动关断阀的隔膜卡住的位置接近开启位置，可以认为是“故障1”。
4、自动阀门关闭位置但隔膜片密封面不严
此故障比较频繁，但实际上此自动关断阀的隔膜密封面并非十分平整，也可理解为阀门的固有特性。当电磁阀或者手动泄压装置进行动作时，特别是管网压力较低时，无法压紧自动关断阀，导致仍有水从电磁阀或者手动泄压装置的下游管道中自然流出，此时隔膜腔压力接近为0bar，雨淋阀隔膜腔没有能力阻断雨淋阀的实际动作。该故障不影响雨淋阀隔膜腔的充水，但可能影响雨淋阀的动作。
三、实际原因分析：
根据运行人员在实际工作中的反馈，雨淋阀的自动关断阀还存在如下故障：
雨淋阀试验结束后的复位过程中，运行人员对雨淋阀隔膜腔充压后需关闭隔膜腔注水隔离阀以验证隔膜腔压力变化，以验证雨淋阀膜片腔回路是否有泄漏。但在多次复位过程中，运行人员关闭隔膜腔注水隔离阀后，约五分钟隔膜腔就降压1bar，后续轻拍雨淋阀自动关断阀后，雨淋阀膜片腔压力恢复正常。
电厂维修部门对故障的自动关断阀进行拆解，发现存在以下故障类型：
1、消防水中杂质较多（管道腐蚀产物可能性较大），杂质沉积在自动关断阀阀腔内，导致关断阀关闭不严。雨淋阀所在的消防管道为碳素钢，雨淋阀长时间不动作，管道内很容易生锈并产生大量杂质，杂质很容易积累在隔膜与密封面处。同时根据肉眼观测杂质情况，基本可以判断铁基腐蚀产物。
2、 自动关断阀自身缺陷，密封不严或者弹簧故障。此种情况较为少见，但国内核电厂也有反馈。
四、电厂后续行动：
根据目前电厂内部的反馈，自动关断阀故障多发生于核岛柴油机所属的雨淋阀系统，其他区域的雨淋阀的自动关断阀故障率较低，与其他核电厂的故障率类似。针对核岛柴油机所属雨淋阀系统故障率较高的原因，电厂目前分析如下：
1、核岛区域雨淋阀试验频率较低，从而管道内的杂质无法及时排出而沉积在自动关断阀的密封面处。
2、核岛雨淋阀上游消防管为普通碳钢材质，相比于其他区域管消防管内的镀锌设计，核岛雨淋阀上游消防管更易与消防水反应产生铁基类杂质。
目前电厂维修部门已开始分析析杂质来源，同时与设计方澄清消防管道内部镀锌要求不一致的原因，同时根据分析结果制定纠正措施（管道定期排污、改进雨淋阀膜片腔充压管线Y型过滤器过滤效果等），同时加强备件采购质量，确保设备雨淋阀满足设计要求。
五、设备运维注意事项
如上文提及，调试人员反馈：当雨淋阀的自动关断阀故障时，只要雨淋阀动作时雨淋阀隔膜腔压力快速下降至雨淋阀入口压力二分之一以下，同时保证雨淋阀隔膜腔顺利排空，雨淋阀就能顺利动作。实际发生火灾时，如果有人员可能接近雨淋阀时，手动关闭雨淋阀隔膜腔注水阀能加快雨淋阀的隔膜腔泄压，从而保证雨淋阀顺利动作。目前现场培训中已增加：手动触发雨淋阀动作时，除手动开启泄压装置泄压以外，需额外关闭雨淋阀隔膜腔注水阀的操作。
参考文献：
1、《DV-5 型隔膜式雨淋阀组运行维修手册》，杭州公共消防安全有限公司
2、《核电厂防火》（HAD102/11）Fire Protection for Nuclear Power Plant
3、《法国压水堆核电站防火设计和建造准则》（RCC-I ）The French PWR fire prevention design and build criteria
4、《自动喷水灭火系统第5 部分：雨淋报警阀》（GB5135.5）Automatic sprinkler system part 5: the deluge alarm valve
作者简介：李冬冬，男，1984-，工程师，现从事核电厂运行控制工作。