核電閥門的設(shè)計(jì)、材料、試驗(yàn)要求
核電閥門的設(shè)計(jì)、材料、試驗(yàn)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(cuò)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(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)為較高(汽輪機(jī)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(yùn)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(dòng)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
④ 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(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,對核安全1級的閥門,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(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(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” 以下的美標(biāo)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)——?dú)んw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)對帶有執(zhí)行機(jī)構(gòu),如電動(dòng)閥門、氣動(dòng)閥進(jìn)行抗震試驗(yàn);
c)對所有操作形式的閥門進(jìn)行靜壓壽命試驗(yàn);
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(yàn)。
(美國的ASME、日本的JEM等標(biāo)準(zhǔn),對上述試驗(yàn)及檢驗(yàn)作了詳細(xì)描述,并提供了評定標(biāo)準(zhǔn)。)
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