匿名使用者 1級 2018-11-18 回答

兩種核電站主蒸汽安全閥對比分析

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核電閥門是核電站中量大面廣的水壓裝置，它連線整個核電站的300餘個系統，是核電站安全執行的關鍵附件。據相關資料統計，全世界現有核電機組500餘座，總裝機容量達4億KW以上，其反應堆型別主要有壓水堆（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，壓水堆佔整個堆型的50%以上。

隨著我國國民經濟的持續快速發展，對我國能源行業提出了非常緊迫的要求。目前，從保證我國的能源安全、最佳化能源結構、支援國民經濟可持續發展等多方面迫切需要出發，我國已制訂立足於火電，大力發展水電，適度開發新型能源的政策，如核電和風力發電等。我國核電的建設正從試驗性、補償性調整為向戰略性和進取性的發展。這對於我國的核電事業是一個極好的發展機會，而核電站閥門的巨大需求則給國內外閥門生產廠商帶來了廣闊的市場前景。

上篇：核電閥門基礎原理技術

一、核電閥門概況：

核電閥門是指在核電站中核島N1、常規島CI和電站輔助設施BOP系統中使用的閥門。從安全級別上分為核安全Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、非核級。其中核安全Ⅰ 級要求最高。核電閥門在核電站中是使用數量較多的介質輸送控制裝置，是核電站安全執行中的必不可少的重要組成部分。據統計一座具有兩臺100萬KW機組的核電站有各類閥門3萬臺。

二、核電閥門工作條件：

核電閥門，由於其使用工況特殊、複雜、惡劣，加之量大面廣，故其要求較高。

核電閥門除了其工況環境錯綜複雜之外，其輸送介質的放射性和溫度、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、稀硫酸和鹼液、二氧化碳、鈉、氦、油、真空等各種流體介質。

一回路上的大通徑閥門工作條件是最複雜的，在現階段核動力裝置上的蒸汽引數比熱電廠的蒸汽引數（壓力22。5MPa、溫度565℃）要低，但核電廠執行條件卻複雜得多。在液態金屬冷卻劑的快中子反應堆裝置上，蒸汽引數為最高（汽輪機前的蒸汽溫度為600℃，壓力為14。0MPa）。

三、核電閥門的具體型別及引數

核電用閥門比常規的大型火力發電站用閥門其技術特點和要求要高。閥類一般有閘閥、截止閥、止回閥、蝶閥、安全閥、主蒸汽隔離閥、球閥、隔膜閥、減壓閥和控制閥等；具有代表性閥門的最高技術引數為：最大口徑DN1200mm（核3級的蝶閥）、DN800mm（核2級的主蒸汽隔離閥）、DN350mm（核1級的主迴路閘閥）；最高壓力：約1500磅級；最高溫度：約350℃；介質：冷卻劑（硼化水）等。生產核級閥門產品規定要求：通常按核行業標準EJ、美國ASME、IEEE標準及法國壓水堆核島機械裝置設計和建造規則RCC-M等。

核電用閥發展的具體型別、引數如下：

1、核電用無填料函的閘閥：

（1）液壓驅動閘閥。該閥藉助自身壓力水推動活塞開啟或關閉，該閥公稱通徑：DN350、400mm；工作壓力：PN17。5MPa；工作溫度：315℃。

（2）全封閉型電動閘閥。該閥應採用特製的屏閉式電機，透過浸水工作的內行星減速機構使閘板作啟閉運動。該閥公稱通徑：DN100~800mm；工作壓力：PN2。5~45。0MPa；工作溫度：200~500℃。

2、核電用截止閥：

核電用截止閥，即用於輔助管路上的截止閥。

該閥通常為三種結構，即填料式截止閥、波紋管式截止閥和金屬膜片式截止閥。該閥介質為中等引數（中溫、中壓）的水和蒸汽；公稱通徑：DN10~150mm。

3、核電用蝶閥：

用於冷卻系統和安全殼內輸送空氣介質的系統中的蝶閥。該閥通常為三種結構，即同軸直連式襯膠蝶閥、偏心式金屬密封蝶閥和雙動式（蝶板在迴轉前先脫開密封面再回轉）金屬密封蝶閥。該閥公稱通徑：DN≤2500mm；工作壓力：PN＜4。0MPa；工作溫度：100~150℃。此外，用於風道系統中的快速關閉蝶閥，其公稱通徑：DN400~1200mm也列為發展的方向。

4、核電用帶探測器的先導式安全閥：

用於核島系統中的帶探測器的先導式安全閥。採用帶探測器的先導式安全閥，可以根據壓力與彈簧力平衡的敏感關係，來改變位置控制釋放和加充介質的兩個觸點的原理，從結構上避免卡阻問題。該閥採用正作用式帶彈簧預緊和波紋管密封的閥瓣結構，可以保證可靠的密封。該閥公稱通徑：DN600mm；工作壓力：PN1。265MPa。

5、核電用止回閥型隔離閥：

用於蒸汽系統的止回閥型隔離閥，其結構形狀類似於升降式止回閥。該閥公稱通徑：DN64~800mm（21/2in~30in）；工作壓力：PN1。0~42。0MPa（Class600~2500）；工作溫度：-29~1050℃。

6、核電用主蒸汽隔離閥：

核島和常規島用主蒸汽隔離閥、主給水閥門，其公稱通徑：DN800mm；公稱壓力：40。0MPa；溫度700℃；

7、核電用隔膜閥：

主要用於核電站核島系統中放射性水蒸氣重水，公稱通徑DN8 ~500mm。

該閥在核島系統中約佔所用閥門總數的26。2%。

8、核電用球閥：

公稱通徑DN6 ~350mm；公稱壓力PN1。0~14。5MPa ；工作溫度T-196~500℃。該閥在核島系統中約佔所用閥門總數的12。8%。

9、核電用分相閥：

在核動力裝置的分相閥中，主要使用的是蒸汽疏水閥，主要用來自動地排除蒸汽管道內的凝結水，通常用敞口向上浮子式蒸汽疏水閥，熱動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引數範圍：公稱通徑DN25~50mm；公稱壓力PN6。3~15MPa 。

10、核電用安全閥：

在核電廠的一回路上，安全閥一般安裝在容積補償器上，除了一回路的主安全閥外，在冷水反應堆的每個環路被封閉的部分，還安裝了通徑較小的附加安全閥。

核電廠主要應用：直接作用式安全閥（全啟式和微啟式），先導安全閥（公稱通徑DN600mm，動作壓力為1。265MPa），帶輔助裝置的先導安全閥，防爆膜裝置等。

核電站用安全閥技術引數範圍：公稱通徑DN15~1500mm；公稱壓力PN2。0~70MPa ；工作溫度T-253~535℃。

11、核電用調節閥：

為了保證核動力裝置的自動化，要求使用大量的調節，主要功能是以一定的精度保持流量、壓力、溫度、水位等這樣一些規定被調節的引數。

調節閥按操縱方式可分為：由外部能源（氣動、液動或電動）來操縱的調節閥；靠工作介質本身而無外部能源操縱的調節閥；手動調節閥；直接作用式調節器。按調節介質流量的方式分：單座和雙座調節閥、調節閘閥、球形調節閥和蝶形調節閥。在核電廠應用最廣的是雙座和單座調節閥。

核電站用調節閥技術引數範圍：公稱通徑DN1。5~500mm；公稱壓力PN4。1~68。8MPa ；工作溫度T538℃

此外，滿足地震要求的安全閥、核燃料提取用的軟硬密封高真空電磁閥、上裝式核電球閥也是急需開發的核電閥門。

四、核電閥門常見故障型別

在核電站系統中執行的閥門，最常見的故障型別有如下四種：

① 閥杆洩漏

② 閥座洩漏

③ 執行機構選配過大和關閉力矩過高引起的密封面損壞

④ 外洩漏

五、核電閥門其他技術要求

根據核電閥門執行的實際工況，核電閥門其技術特點和要求比火力發電閥門更高。核電閥門的技術要求除了閥門常規的技術要求外，還要著重考慮介質中雜質的汙染、環境溫度、執行溫度、環境溼度、放射性、直流電源及電壓波動、有關地震和振動條件下穩定性的技術要求、安全等級等等。

1、核電閥門的設計

（1）強度設計

核電閥門設計中，強度計算是必不可少的。除常規的強度計算、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：一次薄膜應力的極限計算、一次薄膜應力＋彎曲應力的極限計算、與迴路啟——停迴圈有關的一次加二次應力變化幅度的極限計算、除迴路中啟——停工況以外的一次加二次應力的變化幅度極限計算、疲勞效能分析。

（2）結構設計

由於核電系統輸送介質大多帶有放射性，不允許有任何洩漏，故結構設計中閥門的填料、波紋管、閥座的密封結構設計尤為重要（閥體的形狀設計，規定在ASME標準中）。

國外，填料一般採用多重密封結構、Ω環密封結構和填料層之間夾碟簧的填料箱密封結構。波紋管一般採用組合波紋管密封結構。對重要的高壓閥門，閥座採用鍛造結構。此外，閥體與管道的連線採用對接或承插焊接結構。

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、抗衝擊和抗晶間腐蝕。一般情況下：

（1）承壓零件必須採用ASME BPVC-Ⅱ-D-1的材料要求；

（2）閥杆和承壓螺栓常採用沉澱硬化鋼製造；

（3）填料多用石墨纖維、純石棉或膨脹石墨。

3、核電閥門驅動裝置

核電閥門驅動裝置的效能和質量非常重要和關鍵，必須具有安全操作的可靠性，同時，應能承受溫度、壓力、溼度、輻照、地震破壞、化學汙染及所供電源變化的最大值，而且必須在發生失水故障的情況下，仍能在規定的期限內工作（一般標準為14天）。

此外，除了驅動裝置的電動部件要求用O形密封圈將其與外部環境密封隔離之外，驅動裝置的設計者還應考慮核電工況用高壓閥門的快速操作問題。

4、核電閥門的試驗與檢驗

（1）核電閥門需進行常規的水壓試驗——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；

（2）對帶有執行機構，如電動、氣動閥進行抗震試驗；

（3）對所有操作形式的閥門進行靜壓壽命試驗；

（4）對一回路的重要閥門還必須經過冷態、熱態和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，並提供了評定標準。）

大米飯 1級 2018-11-19 回答

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