導 言

     在核電站的設備中，閥門雖然只是配件，但是它的作用卻不容忽視，因為閥門對核電站的正常、安全和可靠運行具有極為重要的作用。由于在核電站內閥門的使用量大面廣，可以說幾乎電站的每一個系統(tǒng)都離不了閥門，以一座有兩套百萬千瓦級機組規(guī)模的壓水堆型核電站為例，閥門用量就需約3萬臺。雖然閥門的投資額占核電站總投資額的2%左右，而每年電站花費在閥門上的維修費用卻要占維修總額的一半以上。其中一些重要的閥門產品，如主蒸汽隔離閥、穩(wěn)壓器安全閥和主蒸汽安全閥等也都是核電站中的十分關鍵的設備。還有不少應用在一回路系統(tǒng)各種核級閥門都直接關系到核電站的正常和安全運行，同樣不允許出現任何差錯。根據國際原子能組織(IAEA)核電站事故案例反映，因閥門故障和失效造成的停機或停堆事故，甚至核泄漏占的比重不小，因此必須引起閥門行業(yè)足夠的重視。

      1、核電閥門的定義

     核電閥門是指在核電站中核島NI、常規(guī)島CI和電站輔助設施BOP系統(tǒng)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設備，是核電站安全運行中的必不可少的重要組成部分。

      2、閥門在核電站中的重要性

     在核電站的設備中閥門雖然只是配件，但是它的作用卻不容忽視，因為閥門對核電站的正常、安全和可靠運行具有極為重要的作用。由于在核電站內閥門的使用量大面廣，可以說幾乎電站的每一個系統(tǒng)都離不了閥門，以一座有兩套百萬千瓦級機組規(guī)模的壓水堆型核電站為例，閥門用量就需約3萬臺。雖然閥門的投資額占核電站總投資額的2%左右，而每年電站花費在閥門上的維修費用卻要占維修總額的一半以上。其中一些重要的閥門產品，如主蒸汽隔離閥、穩(wěn)壓器安全閥和主蒸汽安全閥等也都屬于核電站中的十分關鍵的設備。還有不少應用在一回路系統(tǒng)各種核級閥門都直接關系到核電站的正常和安全運行，同樣不允許出現任何差錯。根據國際原子能組織(IAEA)核電站事故案例反映，因閥門故障和失效造成的停機或停堆事故，甚至核泄漏占的比重不小，因此必須引起閥門行業(yè)足夠的重視。

3、技術要求

     與常規(guī)的大型火力發(fā)電站用閥門相比較，雖然在壓力和溫度 等參數上壓水堆型的核電站閥門較低些，但核電站用閥門卻有更高的技術特點和要求。

3.1 強度和剛度

     在設計上首先應考慮閥門的主要部件能承受持久的或瞬時的壓力和溫度交變下的各種載荷的作用力，而不應出現明顯的彈塑性變形。除常規(guī)的強度計算外還應采用有限元應力分析和抗震計算分析等方法來確保閥門產品的可靠性。

3.2 密封性

     由于核反應堆的一回路系統(tǒng)的輸送介質大多帶有放射性，因此不允許有任何外泄漏發(fā)生，必須在閥門的結構設計、密封件(波紋管、膜片、填料和墊片等)的選用、材料和成品的質量檢測控制等方面，采取嚴格有效的措施來保證。閥體與管道的連接也大多采用對接或承插焊接。

3.3 使用壽命

     由于核電站建設的投資大，成本回收期長，如停工一天造成的經濟損失約合人民幣上千萬元。因此閥門符合設計規(guī)范，以盡量減少維修次數和縮短維修周期。一般規(guī)定要求使用壽期為30~40年。為此，應按照給定的概率，來驗證閥門具備完成規(guī)定工作循環(huán)的能力。

3.4 清潔度

     核反應堆一回路系統(tǒng)內輸送的介質為高純度的硼化水，因此對與介質接觸的相關部件不僅要有清潔度要求，而且內腔各接觸介質的零部件表面要光滑，金屬表面粗糙度Ra<6.3μm。所有與閥門接觸的人體、物體、裝備工具和介質等都必須符合相關清潔規(guī)程的要求。

3.5 安全可靠性

     閥門需要在各種設計工況(包括正常、異常、危急和事故)下可靠的使用，甚至在遭受地震災害或LOCA失水事故等情況下都能保持閥門設備的完整性和可操作性。因此樣機必須經受各種模擬工況的試驗檢驗。

3.6 材料性能

     選用的材料必須具有良好的耐蝕性、抗輻照、抗沖擊和抗晶間腐蝕，因此在一些主系統(tǒng)中均采用低碳甚至超低碳奧氏體型不銹鋼作主體材料，并選用一些強度、韌性和耐溫、耐壓、抗沖蝕，抗擦傷等性能優(yōu)越的合金材料來做閥桿或密封面等零件。應按要求進行各項理化性能和無損探傷檢驗。填料和墊片等非金屬密封材料中的氯、氟和硫離子的含量都應嚴格控制，各項數據都應低于規(guī)范規(guī)定的指標，以保證對金屬基體不造成腐蝕損傷。

3.7 控制裝置

     用于事故狀態(tài)下工作的核電站閥門，應對系統(tǒng)起到安全保護和事故應急處理的作用。對于這些閥門來說動作的及時和準確十分重要，不論是及時而不準確或是準確而不及時都不能滿足保護核電站的需要。如主蒸汽隔離閥按要求打開的時間僅為幾秒鐘，如果動作不及時或誤動作都將導致嚴重的后果。因此，閥門驅動裝置的性能和質量非常重要和關鍵。

3.8 相關規(guī)范

     從事核電站閥門設計和制造的人員，必須首先熟悉并掌握國家頒發(fā)的一整套核安全法規(guī)和條例中的相關規(guī)定，向主管部門和國家核安全局同時提出申請，經上級有關方審查和核準后頒發(fā)相關活動的許可證后才可開展工作。在實踐中要認真執(zhí)行我國和國際上一些公認的法規(guī)和標準，如核安全法規(guī)HAF、核安全導則HAD，核行業(yè)標準EJ、美國機械工程師學會標準ASME、美國電氣與電子工程師學會標準IEEE及法國壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則RCC~M等規(guī)范文件。企業(yè)標準必須以保證達到上述各種法規(guī)和規(guī)范為前提，以確保生產的核級產品符合公認的規(guī)定要求。

3.9 質量控制

     核電站閥門的生產企業(yè)必須建立完善的質量保證體系，編制相應的質保大綱和控制質量的相關程序和文件。在日常活動中嚴格認真地按照大綱、程序和文件要求辦事，每一步驟都做到有章可依，有據可查，并接受國家核安全局和相關方對活動的隨時監(jiān)督和檢查。出現重大質量情況或不符合項時活動方無權私自處理，必須報請相關方審議確定。

3.10 文檔資料

     產品從立項開始到出廠驗收過程，應建立完整的檔案，包括技術規(guī)格書、設計圖紙、計算書(包括應力和抗震分析等)、工藝規(guī)范、關鍵工藝評定、質量計劃、跟蹤記錄、各種材料理化性能和無損檢測報告、功能性試驗報告、使用維修手冊和制造完工報告等各種文件資料提供歸檔。

3.11 核電站一回路閥門的特殊要求

     由于一回路的介質，技術參數、環(huán)境條件對閥門的安全可靠性要求等均不同于常規(guī)電站，因此除了一般要求外，還有如下特殊要求：

1）抗輻照要求

     核電站閥門輻照累劑量為1200000GY，因此閥門選用的材料除了滿足工作介質外，還應耐輻照，即材料受輻照后其使用性能不改變；不活化，即材料的半衰期要短，半衰期長的材料如銅、鈷等盡量少用，甚至不用。國外準備用鎳基合金，目前我國也準備使用。

2）密封要求

     由于介質是帶有放射性的含硼水，因此要求閥門密封性好，無外漏，法蘭密封應安全可靠，為了保證閥桿無外漏，結構上應采用波紋管和中間引漏。為了便于清洗要求閥門內外表面有一定的表面粗糙度，閥體內應盡量避免死角，防止沉積放射性顆粒。

3）填料、墊片要求

     由于一回路的水質要求，不銹鋼設備的要求。特別是薄壁設備如燃料元件包殼，蒸發(fā)管子、波紋管，被氯離子破壞的水質會引起不銹鋼設備的點腐蝕。因此要求閥門選用的填料，墊片的氯離子含量應小于100ppm，且不含有鹵素。

4）禁用材料

     由于事故而產生的安全殼內安全噴淋液中有NaOH和硼，因此閥門一般嚴禁使用鋁和鋅或鍍鋅，如果要用必須征得總體設計的同意。閥門不得選用低熔點材料如錫、鉛等，與介質接觸的表面禁電鍍和氮化。

5）LOCA要求

     裝于安全殼內的閥門應滿足LOCA要求，即在失水事故狀態(tài)下閥門仍能動作，這就要求閥門選用的電動裝置、儀器、儀表及其他附件，均應通過LOCA試驗。

6）結構要求

     由于閥門的介質具有放射性，所處的環(huán)境又有一定的輻照劑量，因此要求拆裝維修閥門的速度要快，故要求閥門有結構簡單，裝拆維修容易等特點。

     閥體流道設計應流暢，盡量減少或避免產生死角。表面光潔平滑，便于清洗，沖洗。

7）安全可靠的要求

     閥門在核電站運行中，起著十分重要的作用，閥門性能的好壞，會直接影響到核電站的安全，因此核電站要求閥門的性能必須安全可靠。為了達到這一目的，要求制造廠在為核電站正式提供產品前，必須選擇典型的具有代表性的閥門做樣機。樣機必須經受一系列的型式試驗，如冷態(tài)性能試驗、熱態(tài)模擬工況試驗、壽命試驗、地震試驗、LOCA試驗等，以驗證閥門性能的安全可靠性。

8）抗震要求

     核電站要求核級閥門在電站遭受地震期間或地震后，閥門能繼續(xù)保持閥門結構和承壓邊界的完整性，及良好的工作特性。

4、核電閥門分類介紹

     一座由兩套百萬千瓦級機組裝備的壓水堆型核電站是比較常見的合理配置，其組成為核島NI(Nuclear Island)、常規(guī)島CI(Conventional Island)和電站輔助設施BOP(Balance of Plant)三部分，而其中核島NI又包括核蒸汽供應系統(tǒng)NSSS(Nuclear Steam Supply System)和核島輔助設施BNI(Balance of Nuclear Island)兩部分。NI是核電站的核心，在這里把核能轉變?yōu)闊崮埽a出大量的蒸汽去提供發(fā)電。CI是核電站的主力，在這里把熱能轉化為電能(包括汽輪發(fā)電直到電源輸出的全過程)。BOP雖然不是主角，但如同設備上的螺絲釘，同樣不可缺少。在近3萬臺的閥門中這三部分的使用數量配置比例大約為NI 43.5%、CI 45%，BOP 11.5%。由此可見，CI用閥量較多，與相同等級的火電機組閥門作比較，其特點是口徑規(guī)格較大，而壓力和溫度參數不算太高。因此從技術角度來看難度相對要低于NI用閥，BOP用閥不僅量少，而且技術難度更低一些。本節(jié)只對NI部分閥門的一些情況作扼要的介紹和分析。