韓 冰 王保平 李耀武

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610041）

0 概述

穩(wěn)壓器安全閥是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的超壓保護(hù)設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常狀況，壓力上升到穩(wěn)壓器安全閥的開(kāi)啟壓力整定值時(shí)，穩(wěn)壓器安全閥自動(dòng)開(kāi)啟，排放穩(wěn)壓器上部蒸汽，以使系統(tǒng)卸壓，從而對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的管道和設(shè)備起到安全保護(hù)的作用。

目前，華龍一號(hào)核電機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命為60年，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命均為60年，而穩(wěn)壓器安全閥的設(shè)計(jì)壽命為40年，與電廠的設(shè)計(jì)壽命不匹配。此外，反應(yīng)堆堆芯功率提升是華龍一號(hào)后續(xù)機(jī)型研發(fā)的一項(xiàng)重要改進(jìn)，堆芯功率的提升會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器安全閥的排量增加。因此，有必要對(duì)穩(wěn)壓器安全閥在華龍后續(xù)工程中的設(shè)計(jì)提出改進(jìn)分析。

本文針對(duì)穩(wěn)壓器安全閥在華龍后續(xù)工程中的設(shè)計(jì)改進(jìn)進(jìn)行了分析和研究。

1 華龍一號(hào)穩(wěn)壓器安全閥

1.1 設(shè)備描述

華龍一號(hào)穩(wěn)壓器安全閥采用先導(dǎo)式安全閥，每臺(tái)穩(wěn)壓器安全閥包括一臺(tái)主閥和兩臺(tái)先導(dǎo)閥。其中主閥由串聯(lián)布置的一臺(tái)保護(hù)閥和一臺(tái)隔離閥組成，保護(hù)閥為反應(yīng)堆提供超壓保護(hù)，隔離閥在保護(hù)閥失效時(shí)提供隔離功能。保護(hù)閥和隔離閥由先導(dǎo)閥控制驅(qū)動(dòng)，先導(dǎo)閥可通過(guò)電信號(hào)或穩(wěn)壓器內(nèi)的液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。保護(hù)閥和隔離閥配備位置指示器，用以指示閥位信息。

圖1 穩(wěn)壓器安全閥結(jié)構(gòu)圖

1.2 設(shè)計(jì)要求

華龍一號(hào)穩(wěn)壓器安全閥設(shè)計(jì)要求如下：

-安全等級(jí)：1

-規(guī)范等級(jí)：1

-抗震等級(jí)：1A

-質(zhì)保等級(jí)：QA1

-電氣鑒定等級(jí)：K1

-設(shè)計(jì)壓力：17.23 MPa.a

-設(shè)計(jì)溫度：360℃

-工作介質(zhì)：帶放射性、含硼的飽和蒸汽

-整定壓力：

開(kāi)啟：保護(hù)閥17.2 MPa.a

隔離閥14.6 MPa.a

關(guān)閉：保護(hù)閥16.6 MPa.a

隔離閥13.9 MPa.a

-排量：175～194 t/h

-開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)間：0.65 s

-設(shè)計(jì)壽命：40年

1.3 鑒定結(jié)果

由于華龍一號(hào)核電機(jī)組是全新設(shè)計(jì)，此前國(guó)內(nèi)外供貨商均不能提供滿足華龍一號(hào)設(shè)計(jì)要求的穩(wěn)壓器安全閥，因此對(duì)該項(xiàng)目的穩(wěn)壓器安全閥進(jìn)行了重新鑒定。鑒定流程見(jiàn)圖2。

經(jīng)過(guò)鑒定，該穩(wěn)壓器安全閥滿足設(shè)計(jì)要求，目前已在華龍一號(hào)全球首堆成功運(yùn)行。

圖2 華龍一號(hào)穩(wěn)壓器安全閥鑒定流程

2 華龍一號(hào)后續(xù)機(jī)型穩(wěn)壓器安全閥

2.1 設(shè)計(jì)要求

華龍一號(hào)后續(xù)機(jī)型穩(wěn)壓器安全閥的設(shè)計(jì)要求與華龍一號(hào)穩(wěn)壓器安全閥對(duì)比見(jiàn)表1，由表1可知變化為排量、開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)間和設(shè)計(jì)壽命。

2.2 改進(jìn)實(shí)施措施

2.2.1 排量

閥門排量的提高可通過(guò)擴(kuò)大喉徑和增加行程實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)壓器安全閥喉徑和行程見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 華龍一號(hào)穩(wěn)壓器安全閥喉徑

圖4 華龍一號(hào)穩(wěn)壓器安全閥行程

表1 華龍一號(hào)與其后續(xù)機(jī)型穩(wěn)壓器安全閥設(shè)計(jì)要求對(duì)比

2.2.2 開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)間

由于閥門行程增加，開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)間相應(yīng)也會(huì)增加。經(jīng)過(guò)安全分析，新的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)間滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。同時(shí)通過(guò)與供貨商的溝通，閥門行程增加導(dǎo)致的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)間變化在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。

2.2.3 設(shè)計(jì)壽命

延長(zhǎng)閥門設(shè)計(jì)壽命，需要補(bǔ)充閥門疲勞分析和耐久性試驗(yàn)。由于易損件和外置執(zhí)行機(jī)構(gòu)較易更換，因此本文只考慮承壓邊界的機(jī)械部分。

對(duì)于疲勞分析，供貨商需針對(duì)60年的設(shè)計(jì)瞬態(tài)進(jìn)行閥門的疲勞分析。

對(duì)于耐久性試驗(yàn)，供貨商可在華龍一號(hào)穩(wěn)壓器安全閥樣機(jī)上補(bǔ)充進(jìn)行20年的機(jī)械部件耐久性試驗(yàn)。

3 結(jié)論

由于穩(wěn)壓器安全閥是保證核電廠安全運(yùn)行的重要設(shè)備之一，應(yīng)著重考慮該閥門的設(shè)計(jì)合理性。在華龍一號(hào)后續(xù)機(jī)型設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)堆芯功率提升和閥門現(xiàn)有設(shè)計(jì)壽命不合理的情況，通過(guò)本文分析，可采取增加閥門排量和延長(zhǎng)閥門設(shè)計(jì)壽命的措施，提高穩(wěn)壓器安全閥與新機(jī)型的匹配度。