之前介紹JIS日標(biāo)不銹鋼截止閥標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在介紹國產(chǎn)核電閥門技術(shù)要求核電閥門是指在核電站中核島N1、常規(guī)島CI和電站輔助設(shè)施BOP系統(tǒng)中使用的閥門。從安全級(jí)別上分為核安全Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、非核級(jí)。其中核安全Ⅰ級(jí)要求。核電閥門在核電站中是使用數(shù)量較多的介質(zhì)輸送控制設(shè)備，是核電站安全運(yùn)行中的*的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)一座具有兩臺(tái)100萬KW機(jī)組的核電站有各類閥門3萬臺(tái)。 目前共有447個(gè)核電機(jī)組正在運(yùn)行，總裝機(jī)容量為3.8億KW，約占總發(fā)電量的16.2%。有17個(gè)國家核電站裝機(jī)容量占其本國總發(fā)電量的25%以上。其中法國占77%，韓國占38%，日本占36%，英國占28%，美國占20%。在所運(yùn)行的核電機(jī)組中，50%以上為壓水堆，其次有重水堆、沸水堆、石墨堆、快中子增殖堆、高溫氣冷堆。 中國早應(yīng)用核動(dòng)力技術(shù)的領(lǐng)域是軍事工業(yè)。20世紀(jì)70年代初艘壓水堆核動(dòng)力潛艇正式投入使用。從1985年我國自行設(shè)計(jì)建造秦山一期30萬KW核電機(jī)組以來，先后通過自主設(shè)計(jì)建造，引進(jìn)國外技術(shù)方式又建了大亞灣秦山二期、秦山三期、嶺澳、田灣共6座核電站，共11臺(tái)核電機(jī)組投入運(yùn)行，總裝機(jī)容量達(dá)到870萬KW。占全國發(fā)電裝機(jī)容量的2%。
我國計(jì)劃到2020年核電裝機(jī)容量有4000萬KW的建成核電機(jī)組和1800萬在建核電機(jī)組，核電機(jī)組裝機(jī)容量占電力總裝機(jī)容量的比例將達(dá)到4%左右，即從現(xiàn)在起，平均每年至少建造兩個(gè)百萬KW的核電機(jī)組。已建成的核電站中，除秦山三期采用加拿大重水堆型外，其它均為壓水堆。由俄羅斯提供的田灣核電站單機(jī)功率參數(shù)大，為106萬KW。中國原子能科學(xué)研究院、清華大學(xué)等單位建造的快中子增殖反應(yīng)堆，*堆、高溫氣冷堆等在國內(nèi)尚屬研究試驗(yàn)堆，取得經(jīng)驗(yàn)后將擴(kuò)大建造商業(yè)用堆。值得關(guān)注的是由美國西屋公司設(shè)計(jì)的超第三代壓水堆核電機(jī)組AP600、AP1000具有更高的運(yùn)行安全性，其設(shè)計(jì)采用了非能動(dòng)原理如重力、對(duì)流、冷凝等，用來做為安全系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)力，大大減少了電、液、氣等能動(dòng)驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)閥門使用量減少50%，泵減少35%、電纜用量減少80%，抗震等級(jí)要求設(shè)備數(shù)量下降了45%，電站壽期可達(dá)60年（現(xiàn)為30～40年）。
但這種核電站目前世界上還沒有建成運(yùn)行的范例。我國目前也在進(jìn)行第三代核電站的研究和實(shí)驗(yàn)工作。 核電站中閥門的數(shù)量分布以大亞灣核電站為例，核島部分占43.5%、常規(guī)島部分占45%、輔助設(shè)施占11.5%。其核島部分使用的各類閥門共有1.3萬臺(tái)。 以閥門配置情況看,截止閥占33.6%，隔膜閥占26.2%、球閥占12.8%。這三項(xiàng)占核島閥門的72.6%。從安全等級(jí)分布看，核Ⅰ級(jí)的僅有2.3%、核Ⅱ、Ⅲ級(jí)的合計(jì)有52%，而非核級(jí)的占了45.7%。 核電閥門在核電站中的投資比例占核電站建成價(jià)的1.6%左右。按嶺澳兩臺(tái)百萬KW機(jī)組核電站建成價(jià)35億美元計(jì)算，閥門投資為0.56億美元，折合人民幣約4.6億元。按國家核電發(fā)展規(guī)劃，到2020年新建核電站中閥門總投資累計(jì)將達(dá)到70多億元人民幣（若將材料等物價(jià)上漲因素考慮在內(nèi)將達(dá)到近百億元人民幣）。 核電閥門的維修、更換費(fèi)用在核電站維修總額中約占50%。一座具有兩臺(tái)百萬千瓦機(jī)組的核電站每年總維修費(fèi)用將在1.35億元人民幣左右。閥門維修、更換費(fèi)用每年達(dá)到約6700萬元人民幣。當(dāng)我國運(yùn)行的百萬千瓦核電機(jī)組裝機(jī)容量達(dá)到2000萬KW時(shí)，每年核電閥門的維修、更換費(fèi)用就將達(dá)到6.7億元人民幣。 目前，我國核電站中使用的閥門，除秦山一期、二期中使用部分國產(chǎn)閥門外，其它核島和常規(guī)島部分所用閥門幾乎全部進(jìn)口。這種狀況和國家到2020年發(fā)展核電的規(guī)劃，為中國的閥門行業(yè)提供了良好的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也是對(duì)中國閥門行業(yè)的一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。核電閥門，由于其使用工況特殊、復(fù)雜、惡劣，加之量大面廣，故其要求較高。 
1、國產(chǎn)核電閥門技術(shù)要求核電閥門工作條件：
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥核電閥門除了其工況環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜之外，其輸送介質(zhì)的放射性和溫度、壓力等級(jí)的苛刻性也是很特殊的。
核電閥門輸送的介質(zhì)主要為：飽和蒸汽、冷凝水、放射性水蒸汽重水、輻照腐蝕物、放射性介質(zhì)、稀硫酸和堿液、二氧化碳、鈉、氦、油、真空等各種流體介質(zhì)。
一回路上的大通徑閥門工作條件是復(fù)雜的，在現(xiàn)階段核動(dòng)力裝置上的蒸汽參數(shù)比熱電廠的蒸汽參數(shù)（壓力22.5MPa、溫度565℃）要低，但核電廠運(yùn)行條件卻復(fù)雜得多。在液態(tài)金屬冷卻劑的快中子反應(yīng)堆裝置上，蒸汽參數(shù)為（汽輪機(jī)前的蒸汽溫度為600℃，壓力為14.0MPa）。
2．國產(chǎn)核電閥門技術(shù)要求核電閥門常見故障類型
在核電站系統(tǒng)中運(yùn)行的閥門，常見的故障類型有如下四種：
① 閥桿泄漏
② 閥座泄漏
③ 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選配過大和關(guān)閉力矩過高引起的密封面損壞
二、中國核電閥門水平
目前，國內(nèi)已有19個(gè)企業(yè)獲得了國家核安全局頒發(fā)的民用核承壓設(shè)備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)資格許可證，可設(shè)計(jì)和生產(chǎn)核級(jí)閥門。其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)閥門的種類有閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥、彈簧式安全閥、調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥、隔膜閥、波紋管截止閥等。
這19個(gè)企業(yè)中具備設(shè)計(jì)生產(chǎn)核Ⅰ級(jí)閥門的企業(yè)有五家（沈高、中核蘇閥、大高、上閥、上海良工、）。國內(nèi)生產(chǎn)的供核電站用閥門大多是非核級(jí)和核Ⅱ、Ⅲ級(jí)閥門。 國內(nèi)核級(jí)閥門研制起步于60年代初。到目前，經(jīng)過幾十年的努力，國內(nèi)已形成了一定規(guī)模的核級(jí)閥門設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、制造、檢測(cè)能力，并為秦山核電站一期、二期建設(shè)提供了大量的核級(jí)和非核級(jí)閥門，為核電閥門國產(chǎn)化做出了重要貢獻(xiàn)。
目前，國內(nèi)已成功研制生產(chǎn)了壓水堆核島核Ⅰ級(jí)電動(dòng)閘閥、止回閥；核Ⅰ級(jí)電動(dòng)波紋管截止閥、快中子增殖反應(yīng)堆用核Ⅱ級(jí)電動(dòng)波紋管鈉截止閥等具有較高水平的核級(jí)閥門。同時(shí)隨著國家發(fā)展核電政策的引導(dǎo)，這種能力正在得到迅速的加強(qiáng)和擴(kuò)大。以中核蘇閥科技實(shí)業(yè)有限公司、沈陽盛世高中壓閥門有限公司、大連大高閥門有限公司等為代表的一批老企業(yè)，正在通過加大技術(shù)改造投入、進(jìn)行人員技術(shù)培訓(xùn)、消化吸收國外技術(shù)等措施提高企業(yè)核電閥門的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)的水平以盡快適應(yīng)核電閥門國產(chǎn)化要求的步伐，滿足國家核電逐步國產(chǎn)化的需要。
一批新興企業(yè)的企業(yè)家具有戰(zhàn)略眼光，不惜投入巨大的人力、物力，引進(jìn)人才、上設(shè)備、上手段、上管理，取得了（或正在取得）設(shè)計(jì)生產(chǎn)核級(jí)閥門的資格。這些都是中國閥門行業(yè)發(fā)展中的輝煌成就和可喜之處，只要持續(xù)這種發(fā)展勢(shì)頭，必將在我國核電閥門實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化過程中結(jié)出碩果。 國內(nèi)核級(jí)閥門的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)具有一定的基礎(chǔ)，取得了一定的成績(jī)，發(fā)展前景看好。但我們也應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到，由于國內(nèi)核電閥門還存在著一些技術(shù)水平較低、質(zhì)量和可靠性不高等現(xiàn)象，在一定程度上影響核電閥門的國產(chǎn)化。核電站中核島、常規(guī)島的一些重要閥門如先導(dǎo)式安全閥、調(diào)節(jié)閥、主蒸氣隔離閥等國內(nèi)還不能提供成熟、可靠的產(chǎn)品。同時(shí)由于受國內(nèi)核電閥門的實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段所限，以及技術(shù)、管理等原因，核電閥門產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)少、自動(dòng)控制水平低、產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定。核電是以安全可靠為原則的。國內(nèi)核電閥門存在的問題，導(dǎo)致核電站業(yè)主不愿或不輕易采用國內(nèi)生產(chǎn)的核電閥門。這是我們各個(gè)閥門企業(yè)需要花大力氣才能解決的核電閥門產(chǎn)品技術(shù)水平和質(zhì)量這個(gè)根本問題，也是行業(yè)關(guān)注之處。需要在技術(shù)、人才、政策、軟件、硬件、管理諸方面采取措施才能加以解決。
3．核電閥門技術(shù)要求
根據(jù)核電閥門運(yùn)行的實(shí)際工況，核電閥門其技術(shù)特點(diǎn)和要求比火力發(fā)電閥門更高。核電閥門的技術(shù)要求除了閥門常規(guī)的技術(shù)要求外，還要著重考慮介質(zhì)中雜質(zhì)的污染、環(huán)境溫度、運(yùn)行溫度、環(huán)境濕度、放射性、直流電源及電壓波動(dòng)、有關(guān)地震和振動(dòng)條件下穩(wěn)定性的技術(shù)要求、安全等級(jí)等等。
① 核電閥門的設(shè)計(jì)
a）強(qiáng)度設(shè)計(jì)
核電閥門設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度計(jì)算是*的。除常規(guī)的強(qiáng)度計(jì)算、有限元分析和抗震計(jì)算分析外，對(duì)核安全1級(jí)的閥門，還要求進(jìn)行：一次薄膜應(yīng)力的極限計(jì)算、一次薄膜應(yīng)力＋彎曲應(yīng)力的極限計(jì)算、與回路啟——停循環(huán)有關(guān)的一次加二次應(yīng)力變化幅度的極限計(jì)算、除回路中啟——停工況以外的一次加二次應(yīng)力的變化幅度極限計(jì)算、疲勞性能分析。
b）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于核電系統(tǒng)輸送介質(zhì)大多帶有放射性，不允許有任何泄漏，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中閥門的填料、波紋管、閥座的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要（閥體的形狀設(shè)計(jì)，規(guī)定在ASME標(biāo)準(zhǔn)中）。
國外，填料一般采用多重密封結(jié)構(gòu)、Ω環(huán)密封結(jié)構(gòu)和填料層之間夾碟簧的填料箱密封結(jié)構(gòu)。波紋管一般采用組合波紋管密封結(jié)構(gòu)。對(duì)重要的高壓閥門，閥座采用鍛造結(jié)構(gòu)。此外，閥體與管道的連接采用對(duì)接或承插焊接結(jié)構(gòu)。
② 核電閥門的材料
核電閥門的材料必須具有良好的耐腐蝕、抗輻照、抗沖擊和抗晶間腐蝕。一般情況下：
a）承壓零件必須采用ASME BPVC-Ⅱ-D-1表2A和表2B中的材料要求
b）閥桿和承壓螺栓常采用沉淀硬化鋼制造
c）填料多用石墨纖維、純石棉或膨脹石墨
③ 核電閥門驅(qū)動(dòng)裝置
核電閥門驅(qū)動(dòng)裝置的性能和質(zhì)量非常重要和關(guān)鍵，必須具有安全操作的可靠性，同時(shí)，應(yīng)能承受溫度、壓力、濕度、輻照、地震破壞、化學(xué)污染及所供電源變化的大值，而且必須在發(fā)生失水故障的情況下，仍能在規(guī)定的期限內(nèi)工作（一般標(biāo)準(zhǔn)為14天）。
此外，除了驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)部件要求用O形密封圈將其與外部環(huán)境密封隔離之外，驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)者還應(yīng)考慮核電工況用高壓閥門的快速操作問題（一般標(biāo)準(zhǔn)，CL1500的14” 以下的閥門，其快速操作時(shí)間為10秒）。
④ 核電閥門的試驗(yàn)與檢驗(yàn)
a）核電閥門需進(jìn)行常規(guī)的水壓試驗(yàn)——殼體試驗(yàn)、閥瓣強(qiáng)度試驗(yàn)、上密封試驗(yàn)、閥座密封試驗(yàn)、填料密封試驗(yàn)；
b）對(duì)帶有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如電動(dòng)、氣動(dòng)閥進(jìn)行抗震試驗(yàn)；
c）對(duì)所有操作形式的閥門進(jìn)行靜壓壽命試驗(yàn)；
d）對(duì)一回路的重要閥門還必須經(jīng)過冷態(tài)、熱態(tài)和LOCA事故（即失水事故）的試驗(yàn)。
（美國的ASME、日本的JEM等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)上述試驗(yàn)及檢驗(yàn)作了詳細(xì)描述，并提供了評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。） 
三、核電閥門的發(fā)展看法
根據(jù)中國核電站發(fā)展的大好形勢(shì)和核電閥門發(fā)展的現(xiàn)狀，為實(shí)現(xiàn)核電快速發(fā)展，核電閥門國產(chǎn)化，沈陽盛世高中壓閥門有限公司的于國良總工程師認(rèn)為中國的閥門企業(yè)、行業(yè)和國家應(yīng)采取措施解決影響核電閥門國產(chǎn)化的幾個(gè)問題：
1.盡快補(bǔ)充完善我國的核電閥門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。將現(xiàn)有的EJ、GB、按ASME、RCC-M標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充完善，符合國情，提高可操作性，以利于國內(nèi)核電閥門在設(shè)計(jì)、選材制造、檢驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)上能夠達(dá)到國產(chǎn)化。
2.整合中國閥門行業(yè)核電閥門的實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)和鑒定的設(shè)備和能力，資源共享，避免重復(fù)投資重復(fù)建設(shè)，加快核電閥門的研制速度。
3.加強(qiáng)核電人才培養(yǎng)和引進(jìn)核電技術(shù)的消化吸收，提高核電閥門的設(shè)計(jì)能力和水平。
4.增加軟件和硬件投資，保證設(shè)計(jì)、制造手段*，零部件加工和整機(jī)裝配質(zhì)量可靠。
5.強(qiáng)化焊接、無損檢測(cè)、熱處理等特種工藝人員的培訓(xùn)考核。研究和采用*工藝技術(shù)，使零部件制造質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。
6.進(jìn)行核安全意識(shí)方面的職工教育和培訓(xùn)，加強(qiáng)核電閥門的設(shè)計(jì)、制造全過程的質(zhì)量管理，提高管理水平與本文相關(guān)的產(chǎn)品有不銹鋼波紋管密封安全閥
|
