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核电阀门的设计、材料、试验技术要求

浏览次数:1076发布日期:2013-11-20

核电阀门的设计、材料、试验技术要求

核电阀门,由于其使用工况特殊、复杂、恶劣,加之量大面广,故其要求较高。1、核电阀门工作条件:核电阀门除了其工况环境错综复杂之外,其输送介质的放射性和温度、压力等级的苛刻性也是很特殊的。核电阀门输送的介
     核电阀门,由于其使用工况特殊、复杂、恶劣,加之量大面广,故其要求较高。
     
     1、核电阀门工作条件:
     核电阀门除了其工况环境错综复杂之外,其输送介质的放射性和温度、压力等级的苛刻性也是很特殊的。
     
     核电阀门输送的介质主要为:饱和蒸汽、冷凝水、放射性水蒸汽重水、辐照腐蚀物、放射性介质、稀硫酸和碱液、二氧化碳、钠、氦、油、真空等各种流体介质。
     
     一回路上的大通径阀门工作条件是zui复杂的,在现阶段核动力装置上的蒸汽参数比热电厂的蒸汽参数(压力22.5MPa、温度565℃)要低,但核电厂运行条件却复杂得多。在液态金属冷却剂的快中子反应堆装置上,蒸汽参数为zui高(汽轮机前的蒸汽温度为600℃,压力为14.0MPa)。
     
     2.核电阀门常见故障类型
     在核电站系统中运行的阀门,zui常见的故障类型有如下四种:
     ① 阀杆泄漏
     ② 阀座泄漏
     ③ 电动执行机构选配过大和关闭力矩过高引起的密封面损坏
     ④ 外泄漏
     
     3.核电阀门技术要求
     根据核电阀门运行的实际工况,核电阀门其技术特点和要求比火力发电阀门更高。核电阀门的技术要求除了常规阀门的技术要求外,还要着重考虑介质中杂质的污染、环境温度、运行温度、环境湿度、放射性、直流电源及电压波动、有关地震和振动条件下稳定性的技术要求、安全等级等等。
     
    ①核电阀门的材料
     核电阀门的材料必须具有良好的耐腐蚀、抗辐照、抗冲击和抗晶间腐蚀。一般情况下:
     a)承压零件必须采用ASME BPVC-Ⅱ-D-1表2A和表2B中的材料要求
     b)阀杆和承压螺栓常采用沉淀硬化钢制造
     c)填料多用石墨纤维、纯石棉或膨胀石墨
     
     ②核电阀门驱动装置
     核电阀门驱动装置的性能和质量非常重要和关键,必须具有安全操作的可靠性,同时,应能承受温度、压力、湿度、辐照、地震破坏、化学污染及所供电源变化的zui大值,而且必须在发生失水故障的情况下,仍能在规定的期限内工作(一般标准为14天)。
     此外,除了驱动装置的电动部件要求用O形密封圈将其与外部环境密封隔离之外,驱动装置的设计者还应考虑核电工况用高压阀门的快速操作问题(一般标准,CL1500的14” 以下的美标阀门,其快速操作时间为10秒)。
     
    ③核电阀门的设计
     a)强度设计
     
核电阀门设计中,强度计算是必不可少的。除常规的强度计算、有限元分析和抗震计算分析外,对核安全1级的阀门,还要求进行:一次薄膜应力的极限计算、一次薄膜应力+弯曲应力的极限计算、与回路启——停循环有关的一次加二次应力变化幅度的极限计算、除回路中启——停工况以外的一次加二次应力的变化幅度极限计算、疲劳性能分析。
     
     b)结构设计
     
     由于核电系统输送介质大多带有放射性,不允许有任何泄漏,故结构设计中阀门的填料、波纹管、阀座的密封结构设计尤为重要(阀体的形状设计,规定在ASME标准中)。
     国外,填料一般采用多重密封结构、Ω环密封结构和填料层之间夹碟簧的填料箱密封结构。波纹管一般采用组合波纹管密封结构。对重要的高压阀门,阀座采用锻造结构。此外,阀体与管道的连接采用对接或承插焊接结构。
     
     ④ 核电阀门的试验与检验
     a)核电阀门需进行常规的水压试验——壳体试验、阀瓣强度试验、上密封试验、阀座密封试验、填料密封试验;
     b)对带有执行机构,如电动阀门、气动阀进行抗震试验;
     c)对所有操作形式的阀门进行静压寿命试验;
     d)对一回路的重要阀门还必须经过冷态、热态和LOCA事故(即失水事故)的试验。
     (美国的ASME、日本的JEM等标准,对上述试验及检验作了详细描述,并提供了评定标准。)

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