核電閥門類型及發(fā)展趨勢

1、.核電閥門是核電站中量大面廣的水壓設(shè)備，它連接整個(gè)核電站的300余個(gè)系統(tǒng)，是核電站安全運(yùn)行的關(guān)鍵附件。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，全世界現(xiàn)有核電機(jī)組500余座，總裝機(jī)容量達(dá)4億kw以上，其反應(yīng)堆類型主要有壓水堆（pwr）、沸水堆（bwr）、石墨堆（lgr）、快中子堆（fbr）、高溫氣冷堆（htgr）、重水堆（phwr）。其中，壓水堆占整個(gè)堆型的50以上。 我國從50年代開始研究和應(yīng)用核動(dòng)力技術(shù)，至今已建成和正在建設(shè)多座核電站。自1985年建成的浙江秦山一期核電站，結(jié)束了我國大陸無核電的歷史以來，我國先后建成了廣東大亞灣核電站、秦山二期核電站、秦山三期核電站、廣東嶺澳核電站、江蘇田灣核電站。這些核電站中，廣

2、東大亞灣、嶺澳和秦山一期、二期、江蘇田灣為壓水堆型核電站，秦山三期為重水堆型核電站。核電閥門，在核電站設(shè)備中雖為附件，但至關(guān)重要。核電用閥門比常規(guī)的大型火力發(fā)電站用閥門其技術(shù)特點(diǎn)和要求要高。閥類一般有球閥, 閘閥, 截止閥, 電磁閥, 調(diào)節(jié)閥, 減壓閥, 疏水閥, 蝶閥, 和控制閥等；具有代表性閥門的最高技術(shù)參數(shù)為：最大口徑dn1200mm（核3級(jí)的蝶閥）、dn800mm（核2級(jí)的主蒸汽隔離閥）、dn350mm（核 1級(jí)的主回路閘閥）；最高壓力：約cl1500；最高溫度：約350；介質(zhì)：冷卻劑（硼化水）等。目前，核電機(jī)組用閥主要類型如下：1閘閥： a）焊接連接液動(dòng)雙閘板平行式閘閥，公稱壓力pn

3、17.5mpa，工作溫度315，公稱通徑dn350400mm。 b）輕水冷卻劑一回路上（主要）應(yīng)用的電動(dòng)楔式雙閘板閘閥，公稱壓力pn45.0mpa，溫度500，公稱通徑dn500mm。 c）大功率石墨慢化反應(yīng)堆核電廠一回路上（主要）應(yīng)用的電動(dòng)楔式雙閘板閘閥，公稱壓力pn10.0mpa，公稱通徑dn800mm，工作溫度290。 d）汽輪機(jī)裝置的蒸汽和工藝水管路上（主要）應(yīng)用焊接連接電動(dòng)彈性板閘閥，公稱壓力pn2.5mpa，工作溫度200，公稱通徑dn100800mm。 e）大功率石墨慢化沸水堆核電廠釋熱元件換料機(jī)用的雙閘板帶導(dǎo)流孔平行式閘閥，其公稱壓力pn8.0mpa，開啟或關(guān)閉閥門只能在壓力降

4、為p1.0mpa下進(jìn)行。 f）快中子反應(yīng)堆核動(dòng)力裝置帶冷凍固封填料的彈性板閘閥。 g）水水動(dòng)力堆機(jī)組用的內(nèi)壓自密封式閥蓋楔式雙閘板閘閥，公稱壓力pn16.0mpa，公稱通徑dn500mm。 h）行程部件上帶蝶形彈簧的楔式雙閘板閘閥，中法蘭采用螺栓連接，采用密封焊。 2截止閥： 主要用在輔助管線上，介質(zhì)為中等參數(shù)的水和蒸汽，公稱通徑dn10350mm，公稱壓力pn17.2mpa；工作溫度t371精品.，該閥多為波紋管密封，焊接連接。 3蝶閥： 主要用在核電廠冷卻系統(tǒng)中，公稱壓力pn0.32.5mpa以下，工作溫度在100150，公稱通徑dn805500mm。 風(fēng)道系統(tǒng)中應(yīng)用快速關(guān)閉蝶閥，公稱通徑

5、dn4001200mm。 4電磁閥： 公稱壓力pn4.0mpa，工作溫度150，公稱通徑dn150mm，其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作時(shí)間較短、尺寸小、重量輕、可用交、直流電源來操作，動(dòng)作時(shí)間在零點(diǎn)幾秒到3秒。 5調(diào)節(jié)閥： 為了保證核動(dòng)力裝置的自動(dòng)化，要求使用大量的調(diào)節(jié)，主要功能是以一定的精度保持流量、壓力、溫度、水位等這樣一些規(guī)定被調(diào)節(jié)的參數(shù)。 調(diào)節(jié)閥按操縱方式可分為：由外部能源（氣動(dòng)、液動(dòng)或電動(dòng)）來操縱的調(diào)節(jié)閥；靠工作介質(zhì)本身而無外部能源操縱的調(diào)節(jié)閥；手動(dòng)調(diào)節(jié)閥；直接作用式調(diào)節(jié)器。按調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的方式分：單座和雙座調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)閘閥、球形調(diào)節(jié)閥和蝶形調(diào)節(jié)閥。在核電廠應(yīng)用最廣的是雙座和單座調(diào)節(jié)閥。 核電站用調(diào)節(jié)

6、閥技術(shù)參數(shù)范圍：公稱通徑dn1.5500mm；公稱壓力pn4.168.8mpa；工作溫度t538 6安全閥： 在核電廠的一回路上，安全閥一般安裝在容積補(bǔ)償器上，除了一回路的主安全閥外，在冷水反應(yīng)堆的每個(gè)環(huán)路被封閉的部分，還安裝了通徑較小的附加安全閥。 核電廠主要應(yīng)用：直接作用式安全閥（全啟式和微啟式），先導(dǎo)安全閥（公稱通徑dn600mm，動(dòng)作壓力為1.265mpa），帶輔助裝置的先導(dǎo)安全閥，防爆膜裝置等。 核電站用安全閥技術(shù)參數(shù)范圍：公稱通徑dn151500mm；公稱壓力pn2.070mpa；工作溫度t-253535。 7保護(hù)閥和分相閥 保護(hù)閥如同安全閥一樣，用以防止所在系統(tǒng)發(fā)生事故工況，當(dāng)所

7、在監(jiān)視的參數(shù)超出規(guī)定值時(shí)自行關(guān)閉。 保護(hù)閥可分成自動(dòng)動(dòng)作和受控保護(hù)裝置，自動(dòng)動(dòng)作保護(hù)閥包括止回閥和切斷閥，保護(hù)裝置由快速切斷裝置（快速切斷閥、閘閥和停汽閥）、敏感元件（反映受控參數(shù)的變化并給出執(zhí)行信號(hào)）和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（氣動(dòng)、液動(dòng)和電動(dòng)）所組成。保護(hù)閥的結(jié)構(gòu)和閘閥、截止閥相似，但其不同特點(diǎn)是快速動(dòng)作，其快速動(dòng)作閥的公稱通徑可達(dá)dn700800mm。 8快速動(dòng)作閘閥： 是用來把蒸汽發(fā)生器和汽輪機(jī)斷開，其工作介質(zhì)為蒸汽，工作壓力級(jí)為class6002500，公稱管徑為21/2in30in，工作溫度為-29精品.1050。殼體材料為wcb、wc6、wc9，連接方式為對(duì)焊連接與法蘭連接。 9分相閥： 在核動(dòng)

8、力裝置的分相閥中，主要使用的是蒸汽疏水閥，主要用來自動(dòng)地排除蒸汽管道內(nèi)的凝結(jié)水，通常用敞口向上浮子式蒸汽疏水閥，熱動(dòng)力型圓盤式蒸汽疏水閥和熱靜力型雙金屬片式蒸汽疏水閥。 核電站用疏水閥技術(shù)參數(shù)范圍：公稱通徑dn2550mm；公稱壓力pn6.315mpa。 10隔膜閥： 主要用于核電站核島系統(tǒng)中放射性水蒸氣重水，公稱通徑dn8500mm。 該閥在核島系統(tǒng)中約占所用閥門總數(shù)的26.2。 11球閥： 公稱通徑dn6350mm；公稱壓力pn1.014.5mpa；工作溫度t-196500。該閥在核島系統(tǒng)中約占所用閥門總數(shù)的12.8。 12止回閥： 13隔離閥： 主要用于核電站反應(yīng)堆冷卻水的一回路隔離閥和

9、輕水堆飽和蒸汽的主蒸汽隔離閥。其公稱通徑dn4501250mm。 14其它： 如減壓閥、緊急切斷閥、自動(dòng)閥等。 二國內(nèi)核電閥門制造存在的問題 由于國內(nèi)閥門設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)能力低于國外先進(jìn)水平，加之自動(dòng)化控制水平的限制，故，在重要的核電閥門技術(shù)方面一直未有突破。主要表現(xiàn)在： 1設(shè)計(jì)水平不高精品.,國內(nèi)閥門的設(shè)計(jì)水平與科技發(fā)達(dá)國家相比，有很大差距。至今，一些主蒸汽隔離閥、大口徑安全閥、抗地震控制閥等技術(shù)含量高的核電閥門仍未取得重大突破。 2制造設(shè)備、工藝落后 國內(nèi)核電閥門制造設(shè)備大多以萬能機(jī)床為主，產(chǎn)品制造精度偏低，加之，其制造工藝水平落后，例如，鍛焊結(jié)構(gòu)時(shí)采用的真空電子束焊接工藝和剪切擠壓技術(shù)都

10、未得到普遍的推廣應(yīng)用，故，制造出來的閥門遠(yuǎn)不能滿足核電？構(gòu)控制水平差 國內(nèi)核電閥門配套驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能和控制水平只相當(dāng)于國外二十世紀(jì)八十年代水平，其動(dòng)作靈敏度差，可靠性總體水平落后。 4自動(dòng)化控制能力滯后 自動(dòng)化控制能力包括信號(hào)采集、信號(hào)比較、信號(hào)放大、信號(hào)返回等一系列控制能力。核電20萬千瓦以上的大型機(jī)組普遍采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。而國內(nèi)核電閥門的計(jì)算機(jī)水平滯后于發(fā)達(dá)國家，故，核電系統(tǒng)的閥門自動(dòng)化控制能力也處于滯后的狀態(tài)。 三核電閥門市場需求 全世界現(xiàn)有核電機(jī)組500余座，我國已建成6座（總裝機(jī)容量達(dá)870萬kw）。目前，我國正計(jì)劃籌建4座秦山一期擴(kuò)建兩臺(tái)30萬kw機(jī)組；秦山二期3、4號(hào)機(jī)組

11、；三門核電6臺(tái)百萬kw級(jí)核電機(jī)組；田灣核電站4臺(tái)百萬kw級(jí)核電機(jī)組。據(jù)悉，在2020年之前，我國還將計(jì)劃在廣東深圳嶺東、陽江和臺(tái)山；重慶涪陵；大連等地?cái)M建20余座核電站。 目前，我國又開始致力于研究國際先進(jìn)的第三代技術(shù)核電機(jī)組，該工程已納入2006年起的國家第十一個(gè)五年計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2020年將建成可商用的原型核反應(yīng)快堆。第三代壓水堆核電技術(shù)的安全性相當(dāng)高，能有效預(yù)防和緩解類似切爾諾貝利核電站那樣的爆炸泄漏嚴(yán)重事故；同時(shí)，該技術(shù)縮短了建設(shè)周期，1824 個(gè)月?lián)Q一次核原料，延長了機(jī)組壽命60年，大大提高了經(jīng)濟(jì)性。 據(jù)了解，根據(jù)我國能源規(guī)劃，2020年核電將發(fā)展到4千萬千瓦，占總裝機(jī)容量的45。 從

12、我國核電機(jī)組的發(fā)展來看，核電閥門的需求量遠(yuǎn)高于同容量級(jí)的火電站。 以容量為80萬千瓦的核電站為例，通徑dn251000mm的閥門需求量為800010000臺(tái)，為同類火電站的23倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，一座有2 套百萬kw級(jí)核電機(jī)組的核電站需各類閥門3萬臺(tái)，按每年有250萬kw核電機(jī)組建設(shè)計(jì)算，每年核電閥門的需求量在3.8萬余臺(tái)。據(jù)國家“十一五”規(guī)劃預(yù)測，“十一五”期間，核電站的閥門需求額將為30億元，年均需求為6億元左右。另外，由于核電站花在閥門上的維修費(fèi)一般占核電站維修總額的50以上，故，每年核電站花費(fèi)在閥門上的維修費(fèi)用約為1.5億元。由此來看，核電閥門的市場需求量是相當(dāng)大的。 四核電閥門技術(shù)要求

13、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(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最復(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精品.）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)為最高（汽輪機(jī)前的蒸汽溫度為600，壓力為14.0mpa）。

14、 2核電閥門常見故障類型 在核電站系統(tǒng)中運(yùn)行的閥門，最常見的故障類型有如下四種： 閥桿泄漏 閥座泄漏 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 外泄漏 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。 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)算是必不可少的。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

15、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)、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)。 精品.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

16、擊和抗晶間腐蝕。一般情況下： a）承壓零件必須采用asmebpvc-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 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最大值，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，

17、其快速操作時(shí)間為10秒）。 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)。） 五核電閥門發(fā)展趨勢 1核電機(jī)組發(fā)展方向 據(jù)資料分析，在核電站的建設(shè)中，機(jī)組容量的發(fā)展方向，國外主要向130萬、140萬及150萬千瓦方向發(fā)展。國內(nèi)主要向80萬、90萬及100萬方向發(fā)展。核

18、電設(shè)備將向大型化、高參數(shù)、高性能方向發(fā)展。 2核電閥門發(fā)展方向 隨著核工業(yè)的發(fā)展，核電站設(shè)備大型化、高參數(shù)、高性能及可靠性、安全性的要求越來越高。這就要求核電閥門也能適應(yīng)這種發(fā)展趨勢。 核電用閥發(fā)展的具體類型、參數(shù)如下： 精品.無填料函的閘閥： a液壓驅(qū)動(dòng)閘閥。該閥借助自身壓力水推動(dòng)活塞開啟或關(guān)閉，該閥公稱通徑：dn350、400mm；工作壓力：pn17.5mpa；工作溫度：315。 b全封閉型電動(dòng)閘閥。該閥應(yīng)采用特制的屏閉式電機(jī)，通過浸水工作的內(nèi)行星減速機(jī)構(gòu)使閘板作啟閉運(yùn)動(dòng)。該閥公稱通徑：dn100800mm；工作壓力：pn2.545.0mpa；工作溫度：200500。 （注：上述兩種無填料函閘閥優(yōu)點(diǎn)：沒有填料密封，避免了外漏點(diǎn)，同時(shí)，減少能耗。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高。） 截止閥： 用于輔助管路上的截止閥。 該閥通常為三種結(jié)構(gòu)，即填料式截止閥、波紋管式截止閥和金屬膜片式截止閥。該閥介質(zhì)為中等參數(shù)（中溫、中壓）的水和蒸