郭雅山，顧春燕，史東亮

（江蘇核電有限公司，江蘇??連云港??222042）

核安全三級儀表截止閥的國產(chǎn)化研制

郭雅山，顧春燕，史東亮

（江蘇核電有限公司，江蘇??連云港??222042）

在田灣核電站一期工程中，俄供核安全三級儀表截止閥在調(diào)試期間多次出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，同時存在型號眾多、價格昂貴、不利于備件儲備和管理等缺點(diǎn)。基于俄供儀表截止閥在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造質(zhì)量方面存在的缺陷，通過論證核安全三級儀表截止閥國產(chǎn)化的必要性和可行性，江蘇核電有限公司編制了《核安全三級儀表截止閥技術(shù)規(guī)格書》，用于指導(dǎo)國產(chǎn)核安全三級儀表截止閥的開發(fā)、研制工作。國產(chǎn)的閥門結(jié)構(gòu)合理、外形美觀、便于安裝、手柄操作靈活，從根本上解決了俄供閥門內(nèi)漏等質(zhì)量問題，取得了良好的實踐經(jīng)驗和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

核安全級；儀表截止閥；國產(chǎn)化

核安全三級儀表截止閥（簡稱儀表閥）主要與變送器配套，用于核電廠核安全級工藝系統(tǒng)的流量、壓力、差壓、液位等測量回路，并作為儀表管、變送器排污、排氣及現(xiàn)場在役校驗和儀控設(shè)備更換時的切斷閥，以防止帶放射性的含硼水及其他有害氣體泄漏到環(huán)境中去。

儀表閥既是切斷閥，又是承壓設(shè)備，必須具有較高的技術(shù)要求和嚴(yán)格的質(zhì)保要求。

儀控系統(tǒng)使用的俄供閥門有三通旋塞閥、球閥、截止閥、波紋管截止閥等多種型號規(guī)格的產(chǎn)品，文章著重介紹高溫、高壓核安全三級儀表截止閥的開發(fā)和研制。

1 俄供儀表閥在田灣核電站的應(yīng)用及問題

1.1 俄供儀表閥品種及型號規(guī)格

1)?品種有：三通旋塞閥、球閥、截止閥、波紋管截止閥等。

2)?型號有：BT-5、15с11п、15Hж11п、15нж11бк、C21152-010M等系列。

3)?規(guī)格有：DN10、DN15。

4)?壓力等級有：Pp＝2.5?MPa、16?MPa、25?MPa等（Pp為設(shè)計壓力）。

5)?溫度等級有：Tp＝150?℃、200?℃、300?℃等（Tp為設(shè)計溫度）。

6)?安全等級[1]為2級、3級和4級；質(zhì)保等級[1]為QA1、QA2和QA3；抗震類別[1]為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。

田灣核電站1號機(jī)組從冷試、熱試直至調(diào)試C階段，不斷發(fā)現(xiàn)俄供儀表閥出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，主要是內(nèi)漏，即閥瓣與閥座之間的密封面出現(xiàn)泄漏。對閥瓣或閥座進(jìn)行研磨后回裝到儀表管線上，時間不長又出現(xiàn)泄漏。經(jīng)分析，這完全是閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理和制造質(zhì)量方面存在問題而引起的。

（1）俄供閥門細(xì)化參數(shù)

Pp≤25?MPa、Tp＝300?℃、DN=6。外接管尺寸為φ14×2，閥體材料08Х18Н10Т（相當(dāng)于中國牌號0Cr18Ni10Ti）。閥重0.6?kg，核安全四級，質(zhì)保等級為QA3，抗震類別為Ⅲ類，使用壽命≥10年，閥的全開、全關(guān)靜壓壽命試驗[3]≥3?000次。

（2）國產(chǎn)截止閥主要設(shè)計參數(shù)

P N為16?M P a、300?℃、D N=10。外接管尺寸為φ16×2或φ14×2，閥體材料0Cr18Ni10Ti，閥重0.75?kg，核安全三級，質(zhì)保等級為QA2，抗震類別為I類，使用壽命40年（可動零部件除外），閥的全開、全關(guān)靜壓壽命試驗（單向受壓）≥6?000次。

（3）兩種閥門在結(jié)構(gòu)上的對照分析（見圖1和圖2）

圖1 俄供BT-5截止閥總裝圖Fig.1 General assembly of BT-5 block valve supplied by Russia

圖2 國產(chǎn)J21W-160P[2]型截止閥總裝圖Fig.2 General assembly of J21W-160P block valve made in China

1）俄供閥門閥瓣與閥桿做成一體，閥門關(guān)閉時，很難保證閥瓣與閥座密封面的同心度。國產(chǎn)閥門閥瓣與閥桿做成可活動，可保證閥瓣與閥座密封面的同心度。

2）俄供閥門閥瓣與閥座之間為錐形面密封，密封效果較差。國產(chǎn)閥門閥瓣與閥座之間為線密封，密封效果較好。

3）俄供閥門無倒密封功能。國產(chǎn)閥門有倒密封功能。

4）俄供閥門的壓緊螺母下面無鎖緊螺母，閥門在長期使用中受振動影響，壓緊螺母很容易松動而產(chǎn)生外泄漏。國產(chǎn)閥門有鎖緊螺母，閥門在長期使用中受振動影響，壓緊螺母不易松動，減少了外泄漏的可能性。

1.2 國內(nèi)核電廠儀表閥的使用情況

目前，大亞灣核電基地、秦山核電基地已投入商業(yè)運(yùn)行的核電廠中所使用的高溫、高壓核級儀表閥（包括儀表根閥）均為進(jìn)口產(chǎn)品，尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化。但國產(chǎn)的低溫低壓、低溫高壓核級儀表閥在秦山一期（核三級截止閥），中國實驗快堆（核二級、核三級截止閥和波紋管截止閥）上已有運(yùn)用。經(jīng)用戶反映，在近兩年的使用中，未發(fā)現(xiàn)閥門有泄漏現(xiàn)象等質(zhì)量問題，產(chǎn)品滿足一回路工藝系統(tǒng)的要求。

1.3 國產(chǎn)化要求

俄供核級儀表閥所存在的質(zhì)量及供貨期得不到可靠保證的問題，已經(jīng)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的調(diào)試進(jìn)度。我公司只好用俄供核三級或核二級工藝用波紋管截止閥（DN25）進(jìn)行替代，以保證調(diào)試工作的順利進(jìn)行。

今后，核級儀表閥按計劃完全依靠俄供產(chǎn)品存在著一定的風(fēng)險，它會嚴(yán)重影響核電廠的正常并網(wǎng)發(fā)電。為此，國產(chǎn)化的要求自然而然地提到議事日程上來。我們第一步先解決核三級高溫高壓儀表截止閥的開發(fā)研制工作，如果成功了，再開發(fā)研制國產(chǎn)核三級旋塞閥、球閥和波紋管截止閥，并為進(jìn)一步開發(fā)研制核二級儀表閥門打下基礎(chǔ)。

2 核三級儀表閥的技術(shù)要求

2.1 主要技術(shù)要求

1)?工作介質(zhì)為帶放射性的含硼除鹽水或除鹽水。

2)?介質(zhì)工作壓力為12?MPa（閥門設(shè)計壓力為16?MPa）。

3)?介質(zhì)工作溫度為220?℃（閥門設(shè)計溫度為350?℃）。

4)?介質(zhì)的放射性累積吸收劑量為1×106Gy/40?a。

5)?儀表閥為核安全三級，質(zhì)保等級為QA2，抗震類別為Ⅰ類。

6)?抗震要求：S S E地震固有頻率為1～33?Hz；水平、垂直3個方向加速度≥5g。7)?儀表閥公稱通徑為DN=10。8)?靜壓壽命試驗。

儀表閥冷態(tài)靜壓壽命試驗6?000次（同一臺閥門完成關(guān)緊和全開一個循環(huán)為一個試驗次數(shù)），閥門無變形、結(jié)構(gòu)無損傷，均無內(nèi)外泄漏。試驗應(yīng)符合JB/T?8859-2004《截止閥靜壓壽命試驗規(guī)程》中的要求（試驗樣品不少于3臺）。

9)?儀表閥總重量≤1.2?kg/臺。

2.2 結(jié)構(gòu)要求

1)?儀表閥為手動外螺紋截止閥，外接管尺寸為φ16×2（20號碳鋼），φ14×2（0Cr18Ni10Ti）。

2）儀表閥外形應(yīng)美觀、結(jié)構(gòu)新穎、閥門手柄操作應(yīng)輕便靈活、閥桿組件應(yīng)具有互換性，互換方式應(yīng)簡單、方便、快速，互換后仍應(yīng)保持原有特性。

2.3 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

儀表閥的設(shè)計、制造和驗收、材料、焊接、無損檢驗、試驗等應(yīng)嚴(yán)格按ANSI/ASME?BPV-Ⅲ-1-ND標(biāo)準(zhǔn)中的要求執(zhí)行。

3 核級儀表閥國產(chǎn)化的必要性和可能性

3.1 必要性

根據(jù)目前所了解到的情況，大亞灣核電基地、秦山核電基地已投入商業(yè)運(yùn)行的核電廠中所使用的高溫、高壓核級儀表閥均為進(jìn)口產(chǎn)品，尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化；而田灣核電站所使用的高溫、高壓核級儀表閥大部分為俄供產(chǎn)品（另一部分為德供產(chǎn)品）。由于俄供閥門存在的問題及供貨期得不到保證，從長遠(yuǎn)的角度考慮，立足國內(nèi)、國產(chǎn)化是必然趨勢。

3.2 可能性

1)?國內(nèi)已經(jīng)有《壓水堆核電廠閥門設(shè)計、制造和驗收等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)》。

2)?國內(nèi)有很多廠家已掌握了美國、法國、德國、日本等國家《民用核承壓設(shè)備》等標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容，并具有一定的設(shè)計、制造能力。

3)?國內(nèi)有很多廠家取得了國家核安全局頒發(fā)的《民用核承壓設(shè)備制造資格許可證》，而且他們均已經(jīng)有向核電廠和中國實驗快堆提供低溫低壓、低溫高壓核級儀表閥的業(yè)績，并滿足核電廠的要求。

4 核級儀表閥國產(chǎn)化實踐

4.1 樣機(jī)研制

（1）技術(shù)規(guī)格書

核級儀表閥的開發(fā)和研制，必須要有一份技術(shù)規(guī)格書和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。公司收集和整理了俄供產(chǎn)品的有關(guān)圖紙和資料，并根據(jù)田灣核電站相關(guān)工藝系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)及實際安裝使用情況，以及國內(nèi)積累的經(jīng)驗及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，編制了《核三級儀表截止閥技術(shù)規(guī)格書》。

（2）生產(chǎn)廠家調(diào)研

對江蘇星河集團(tuán)有限公司、中核蘇閥科技實業(yè)股份有限公司、西安核設(shè)備有限公司革新閥門廠進(jìn)行實地考察和技術(shù)交流，對他們的技術(shù)力量、設(shè)備裝備、人員素質(zhì)、質(zhì)量保證和組織機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了詳細(xì)的了解，他們均有研制高溫高壓核三級儀表截止閥資格和能力。

（3）抗震分析及結(jié)論

制造好的3臺樣機(jī)經(jīng)過全性能試驗，合格后隨設(shè)計圖紙一起由上海核工程研究設(shè)計院進(jìn)行抗震分析。其結(jié)論是：閥門在內(nèi)壓、自重、三向地震慣性力（水平X向、Z向和垂直Y向各為5g地震加速度）以及閥門操作載荷共同作用下，各薄弱部位的應(yīng)力均小于許用值，滿足抗震計算要求，符合田灣核電站的抗震I類要求。

（4）靜壓壽命試驗

1）試驗要求

試驗壓力為16?MPa，試驗介質(zhì)為常溫自來水（經(jīng)過濾），試驗次數(shù)為6?000次（閥門全開全關(guān)為一次）。在試驗的全過程中，閥門每啟閉循環(huán)200次，進(jìn)行一次密封性能檢查，合格后方可繼續(xù)試驗。

2）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)文件

●?JB/T?8859-2004《截止閥靜壓壽命試驗規(guī)程》；

●?EJ/T?1022.9-1996《壓水堆核電廠閥門產(chǎn)品出廠檢查與試驗》；

●?核三級手動儀表截止閥技術(shù)規(guī)格書。

3）試驗

閥門的“靜壓壽命試驗”，在機(jī)械工業(yè)部通用機(jī)械產(chǎn)品檢測所閥門產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心（權(quán)威機(jī)構(gòu)）的閥門靜壓壽命試驗臺架上進(jìn)行。根據(jù)質(zhì)量計劃所選取的H點(diǎn)，我公司對試驗的全過程進(jìn)行了現(xiàn)場見證。

閥門經(jīng)過7個工作日，斷續(xù)循環(huán)6?000次冷態(tài)靜壓壽命試驗后，閥門動作無異?，F(xiàn)象，密封面無可見泄漏，密封性能良好。

試驗合格的樣機(jī)再在壓力試驗臺架上對其進(jìn)行殼體強(qiáng)度、水、氣密封試驗，閥門無變形，結(jié)構(gòu)無損傷、均無內(nèi)外泄漏，閥門滿足要求。

4.2 質(zhì)保監(jiān)督

根據(jù)國家核安全法規(guī)《HAF003》的要求，在《核設(shè)施儀表閥及配套管件制造質(zhì)量保證大綱》的基礎(chǔ)上，從組織機(jī)構(gòu)設(shè)置、文件、設(shè)計、采購、物項、工藝過程、檢查和試驗、不符合項、糾正措施、記錄、監(jiān)查等方面進(jìn)行控制，并分別制定了22個控制工作程序。

對樣機(jī)研制專門編制了制造質(zhì)量計劃，繪制產(chǎn)品工藝過程及質(zhì)量檢查點(diǎn)、控制點(diǎn)流程圖，根據(jù)質(zhì)量控制點(diǎn)的重要程序選擇質(zhì)量見證點(diǎn)，通過制定質(zhì)量見證點(diǎn)計劃表，從而指導(dǎo)和控制每個職能部門和有關(guān)人員的每一項活動。實施質(zhì)量跟蹤制度，建立質(zhì)量跟蹤卡，對核三級儀表閥從原材料采購、進(jìn)廠、工藝過程到檢驗、試驗等進(jìn)行質(zhì)量跟蹤管理。監(jiān)督和監(jiān)查對核三級儀表閥有影響的活動均由專職人員，按照認(rèn)可的程序，使用合格的設(shè)備和檢測儀器，符合標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)去完成；保證對質(zhì)量有影響的工作和活動都受到應(yīng)有的控制。做好質(zhì)量保證記錄和保存工作，使整個研制活動真正做到有法可依，有章可循，有據(jù)可查。

4.3 核三級儀表閥在田灣核電站的應(yīng)用

（1）試生產(chǎn)

廠家根據(jù)合格樣機(jī)的整套圖紙、工藝流程、質(zhì)量計劃為田灣核電站提供20臺產(chǎn)品。

（2）應(yīng)用

20臺核三級儀表閥，16臺配套用于核島一回路主給水系統(tǒng)的流量測量及驗證（另4臺用于其他系統(tǒng)替代內(nèi)漏的俄供產(chǎn)品）。系統(tǒng)介質(zhì)為除鹽水，介質(zhì)工作壓力為12?MPa，介質(zhì)工作溫度為220?℃，經(jīng)過半年多試用，認(rèn)為該閥門的外形美觀，結(jié)構(gòu)新穎，重量輕（0.75?kg/臺），安裝拆卸方便、快速而簡單，手柄操作較靈活，到目前為止，未發(fā)現(xiàn)泄漏等質(zhì)量問題，閥門質(zhì)量是好的，滿足了工程要求。

（3）批量生產(chǎn)

公司在試用的基礎(chǔ)上又采購120臺同樣型號規(guī)格的核三級儀表閥。并要求廠家生產(chǎn)123臺產(chǎn)品，經(jīng)100%出廠檢查和試驗，全部合格，為再次考核閥門的壽命，我公司隨機(jī)抽取3臺樣品，又做了6?000次冷態(tài)靜壓壽命試驗，閥門動作正常，密封面無可見泄漏，檢驗結(jié)果合格。試驗合格的閥門再回到壓力試驗臺架上對其進(jìn)行殼體強(qiáng)度、水、氣密封試驗。閥門無變形、結(jié)構(gòu)無損傷、無泄漏完全符合要求。這充分說明該廠大批量生產(chǎn)的核三級儀表閥的質(zhì)量完全可以得到保證。

5 結(jié)束語

通過這次國產(chǎn)化的實踐，我們看到國產(chǎn)閥門既精致，又適用。更讓我們欣慰的是國產(chǎn)閥門物美價廉，而且開辟了新的供貨渠道，縮短了供貨周期，廠家的上門服務(wù)得到了及時有力的保證。供貨的120臺核三級儀表閥將會陸續(xù)運(yùn)用到田灣核電站一回路各工藝系統(tǒng)中，以替代內(nèi)漏的俄供產(chǎn)品。我們將關(guān)注和收集該批閥門的使用情況，及時進(jìn)行經(jīng)驗反饋，為開發(fā)研制核二級儀表閥做好準(zhǔn)備。

[1]?G B/T?17569—2013?壓水堆核電廠物項分級[S].（GB/T?17569—2013?Classification?for?the?Items?of?Pressurized?Water?Reactor?Nuclear?Power?Plants[S].）

[2]?EJ/T?1022.10—1996?壓水堆核電廠閥門型號編制方法[S].（EJ/T?1022.10—1996?Method?of?Type?Designation?for?Valve?of?Pressurized?Water?Reactor?Nuclear?Power?Plants[S].）

[3]?JB/T?8859—2004?截止閥靜壓壽命試驗規(guī)程[S].（JB/ T?8859—2004?Cut-off?Valve?Static?Pressure?Life?Test?Procedures[S].）

Localization of Block Valve for Nuclear Safety Class 3 Instrument

GUO?Ya-shan，GU?Chun-yan，SHI?Dong-liang
(Jangsu?Nuclear?Power?Co.，Ltd.，Lianyungang?of?Jiangsu?Prov.?222042，China)

During?Phase?I?construction?of?Tianwan?Nuclear?Power?Station,?leakage?appeared?in?block?valve?of?nuclear?safety?class?3?instrument?supplied?by?Russian?side.?Meanwhile,?disadvantages?such?as?too?many?types?of?instruments?and?too?high?price?for?spare?parts?reservation?and?equipment?management.?In?consideration?of?the?defects?in?the?structure?design?and?manufacturing?quality?of?the?Russian?supplied?block?valve,?through?necessity?and?feasibility?demonstration?for?localization?of?the?block?valve,?Jiangsu?Nuclear?Power?Corporation?elaborated“Technical?Specification?for?the?Block?Valve?of?Nuclear?Safety?Class?3?Instrument”,?used?as?guidelines?for?development?of?the?block?valve.?The?localized?valves?have?the?advantages?of?reasonable?structure,?nice?appearance,?convenient?for?installation?and?with?an?operable?handle;?this?solved?the?problems?of?internal?leakage?etc.?of?the?Russian?supplied?valves,?yielding?good?practices?and?economic?benefit.

nuclear?safety?class；block?valve?of?instrument；localization

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TL35

A

1674-1617(2014)02-0099-05

2014-04-18

郭雅山（1979—），男，河南新鄭人，工程師，學(xué)士，從事核電廠儀控專業(yè)的設(shè)計管理、安裝配合、調(diào)試、維護(hù)等工作。