1、300余個系統(tǒng)，是核電站安全運行的核電閥門是核電站中量大面廣的水壓設(shè)備，它連接整個核電站的關(guān)鍵附件。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，全世界現(xiàn)有核電機組500余座，總裝機容量達 4億KW以上，其反應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，壓水堆占整個堆型的 50%以上。我國從50年代開始研究和應用核動力技術(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

2、。這些核電站中，廣東大亞灣、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級的蝶|彳）、 DN800mm （核2級的主蒸汽隔離閥）、DN350mm （核1級的主回路閘閥）；最高壓力：約 CL1500 ;最高溫度：約350 C ;介質(zhì)：冷卻劑（硼化水）等。目前，核電機組用閥主要類型如下：1 .閘閥：a）焊接連接液動雙閘板平

3、行式閘閥，公稱壓力PN17.5MPa ,工作溫度315 C,公稱通徑DN350400mm 。b）輕水冷卻劑一回路上（主要）應用的電動楔式雙閘板閘閥，公稱壓力PN45.0MPa ,溫度500 C ,公稱通徑 DN500mm 。c）大功率石墨慢化反應堆核電廠一回路上（主要）應用的電動楔式雙閘板閘閥， 公稱壓力PN10.0MPa ,公稱通徑 DN800mm ,工作溫度 290 c。d）汽輪機裝置的蒸汽和工藝水管路上（主要）應用焊接連接電動彈性板閘閥，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用的雙閘板帶導流孔平行式閘閥

4、，其公稱壓力PN8.0MPa ,開啟或關(guān)閉閥門只能在壓力降為P< 1.0MPa下進行。f）快中子反應堆核動力裝置帶冷凍固封填料的彈性板閘閥。g）水一水動力堆機組用的內(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 C,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1001

5、50 C,公稱通徑DN805500mm 。風道系統(tǒng)中應用快速關(guān)閉蝶閥，公稱通徑DN4001200mm。4 .電磁閥：公稱壓力PN4.0MPa ,工作溫度150C,公稱通徑DNC 150mm ,其優(yōu)點是動作時間較短、尺寸小、重量輕、可用交、直流電源來操作，動作時間在零點幾秒到3秒。5 .調(diào)節(jié)閥：為了保證核動力裝置的自動化，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、液動或電動）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、

6、調(diào)節(jié)閘閥、球形調(diào)節(jié)閥和蝶形調(diào)節(jié)閥。在核電廠應用最廣的是雙座和單座調(diào)節(jié)閥。核電站用調(diào)節(jié)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 C6 .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(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(shù)參數(shù)范圍：公稱通徑DN151500mm ;公稱壓力PN2.070MPa ;工作溫

7、度T-253535 C。7 .保護閥和分相閥保護閥如同安全閥一樣， 用以防止所在系統(tǒng)發(fā)生事故工況，當所在監(jiān)視的參數(shù)超出規(guī)定值時自行關(guān)閉保護閥可分成自動動作和受控保護裝置，自動動作保護閥包括止回閥和切斷閥，保護裝置由快速切斷 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）和驅(qū)動機構(gòu)（氣 動、液動和電動）所組成。保護閥的結(jié)構(gòu)和閘閥、截止閥相似，但其不同特點是快速動作，其快速動作閥 的公稱通徑可達 DN700800mm 。8 .快速動作閘閥：是用來把蒸汽發(fā)生器和汽輪機斷開，其工作介質(zhì)為蒸汽， 工作壓力級為Class6002500 ,公稱管徑為21/2in30in ,工

8、作溫度為-29 C1050 C。殼體材料為 WCB、 WC6、WC9 ,連接方式為對焊連接與法蘭 連接。9 .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(nèi)的凝結(jié)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(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

9、T-196500 C。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堆冷卻水的一回路隔離閥和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、制造和生產(chǎn)能力低于國外先進水平，加之自動化控制水平的限制，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)計水平不高，國內(nèi)閥門的設(shè)計水平與科技發(fā)達國家相比，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

10、后國內(nèi)核電閥門制造設(shè)備大多以萬能機床為主，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)時采用的真空電子束焊接工藝和剪切擠壓技術(shù)都未得到普遍的推廣應用，故，制造出來的閥門遠 不能滿足核電？ ？構(gòu)控制水平差國內(nèi)核電閥門配套驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，其性能和控制水平只相當于國外二十世紀八十年代水平，其動作靈 敏度差，可靠性總體水平落后。4 .自動化控制能力滯后自動化控制能力包括信號采集、信號比較、信號放大、信號返回等一系列控制能力。核電20萬千瓦以上的大型機組普遍采用計算機自動控制。而國內(nèi)核電閥門的計算機水平滯后于發(fā)達國家，故，核電系統(tǒng)的 閥門自動化控制能力也處于滯后的狀態(tài)。三.核電閥門市場需求

11、全世界現(xiàn)有核電機組 500余座，我國已建成6座（總裝機容量達 870萬KW）。目前，我國正計劃籌 建4座一一秦山一期擴建兩臺30萬KW機組；秦山二期3、4號機組；三門核電6臺百萬KW級核電機組； 田灣核電站4臺百萬KW級核電機組。據(jù)悉，在 2020年之前，我國還將計劃在廣東深圳嶺東、陽江和臺 山；重慶涪陵；大連等地擬建 20余座核電站。目前，我國又開始致力于研究國際先進的第三代技術(shù)核電機組，該工程已納入 2006年起的國家第十一個五年計劃，預計到 2020年將建成可商用的原型核反應快堆。第三代壓水堆核電技術(shù)的安全性相當高，能有效預防和緩解類似切爾諾貝利核電站那樣的爆炸泄漏嚴重事故；同時，該技術(shù)

12、縮短了建設(shè)周期，1824個月?lián)Q一次核原料，延長了機組壽命60年，大大提高了經(jīng)濟性。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，占總裝機容量的 4%5%。從我國核電機組的發(fā)展來看，核電閥門的需求量遠高于同容量級的火電站。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，為同類火 電站的23倍。據(jù)統(tǒng)計分析，一座有2套百萬KW級核電機組的核電站需各類閥門 3萬臺，按每年有250 萬KW核電機組建設(shè)計算，每年核電閥門的需求量在 3.8萬余臺。據(jù)國家 千一？E”規(guī)劃預測，十一？E”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

13、。另外，由于核電站花在閥門上的維修費一般占核電站維修總額的 50%以上，故，每年核電站花費在閥門上的維修費用約為1.5億元。由此來看,核電閥門的市場需求量是相當大的。四.核電閥門技術(shù)要求核電閥門，由于其使用工況特殊、復雜、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、氮、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

14、參數(shù)（壓力22.5MPa、溫度565 C）要低，但核電廠運行條件卻復雜得多。在液態(tài)金屬冷卻劑的快中子反應堆裝置上，蒸汽參數(shù)為最高（汽輪機前的蒸汽溫度為600 C,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，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

15、求、安全等級等等。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：一次薄膜應力的極限計算、一次薄膜應力十彎曲應力的極限計算、與回路停工況以外的一次加二次應力啟一一停循環(huán)有關(guān)的一次加二次應力變化幅度的極限計算、除回路中啟 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)、Q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

16、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)。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 ASMEBPVC- 口 -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，應能承受溫度、壓力、濕度、輻照、地震破壞、化學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（一般標準為14天）

17、。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”以下的閥門，其快速操作時間為10 秒）。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 一一殼體試驗、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、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。）五.核電閥門發(fā)展

18、趨勢1 .核電機組發(fā)展方向據(jù)資料分析，在核電站的建設(shè)中，機組容量的發(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這種發(fā)展趨勢。核電用閥發(fā)展的具體類型、參數(shù)如下：無填料函的閘閥：a液壓驅(qū)動閘閥。該閥借助自身壓力水推動活塞開啟或關(guān)閉，該閥公稱通徑：DN350、400mm ;工作壓力：PN17.5MPa ;工作溫度：315 Cob全封閉型電動閘閥。該閥應采用特制的屏閉式電機，通過浸水工作的內(nèi)行星減速機構(gòu)使閘板作啟閉運動。該閥公稱通徑： DN100800mm ;工作壓力：PN2.545.0MPa ;工作溫度：200500 C。（注：上述兩種無填料函閘閥優(yōu)點：沒有填料密封，避免了外漏點，同時，減少能耗。缺點：結(jié)構(gòu)復雜、造價較高。）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