核電閥門的設(shè)計、材料、試驗技術(shù)要求

    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、核電閥門工作條件：

    核電閥門除了其工況環(huán)境錯綜復(fù)雜之外，其輸送介質(zhì)的放射性和溫度、壓力等級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較復(fù)雜的，在現(xiàn)階段核動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)為較高（汽輪機前的蒸汽溫度為600℃，壓力為14.0MPa）。

   2．核電閥門常見故障類型

    在核電站系統(tǒng)中運行的閥門，較常見的故障類型有如下四種：
    ① 閥桿泄漏 
    ② 閥座泄漏
    ③ 電動執(zhí)行機構(gòu)選配過大和關(guān)閉力矩過高引起的密封面損壞 
    ④ 外泄漏

   3．核電閥門技術(shù)要求

    根據(jù)核電閥門運行的實際工況，核電閥門其技術(shù)特點和要求比火力發(fā)電閥門更高。核電閥門的技術(shù)要求除了常規(guī)閥門的技術(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、運行溫度、環(huán)境濕度、放射性、直流電源及電壓波動、有關(guān)地震和振動條件下穩(wěn)定性的技術(shù)要求、安全等級等等。

    ① 核電閥門的設(shè)計

    a）強度設(shè)計

    核電閥門設(shè)計中，強度計算是必不可少的。除常規(guī)的強度計算、有限元分析和抗震計算分析外，對核安全1級的閥門，還要求進行：一次薄膜應(yīng)力的極限計算、一次薄膜應(yīng)力＋彎曲應(yīng)力的極限計算、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算、疲勞性能分析。

    b）結(jié)構(gòu)設(shè)計

    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)計中閥門的填料、波紋管、閥座的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為重要（閥體的形狀設(shè)計，規(guī)定在ASME標準中）。
    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)動裝置

    核電閥門驅(qū)動裝置的性能和質(zhì)量非常重要和關(guān)鍵，必須具有安全操作的可靠性，同時，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較大值，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（一般標準為14天）。
    此外，除了驅(qū)動裝置的電動部件要求用O形密封圈將其與外部環(huán)境密封隔離之外，驅(qū)動裝置的設(shè)計者還應(yīng)考慮核電工況用高壓閥門的快速操作問題（一般標準，CL1500的14” 以下的美標閥門，其快速操作時間為10秒）。

   ④ 核電閥門的試驗與檢驗

    a）核電閥門需進行常規(guī)的水壓試驗——殼體試驗、閥瓣強度試驗、上密封試驗、閥座密封試驗、填料密封試驗；
    b）對帶有執(zhí)行機構(gòu)，如電動閥門、氣動閥進行抗震試驗；
    c）對所有操作形式的閥門進行靜壓壽命試驗；
    d）對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。
    （美國的ASME、日本的JEM等標準，對上述試驗及檢驗作了詳細描述，并提供了評定標準。）

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