核安全三級儀表截止閥的國產化研制

郭雅山，顧春燕，史東亮

（江蘇核電有限公司，江蘇??連云港??222042）

核安全三級儀表截止閥的國產化研制

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試期間多次出現泄漏現象，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。基于俄供儀表截止閥在結構設計和制造質量方面存在的缺陷，通過論證核安全三級儀表截止閥國產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規格書》，用于指導國產核安全三級儀表截止閥的開發、研制工作。國產的閥門結構合理、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漏等質量問題，取得了良好的實踐經驗和顯著的經濟效益。

核安全級；儀表截止閥；國產化

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、排氣及現場在役校驗和儀控設備更換時的切斷閥，以防止帶放射性的含硼水及其他有害氣體泄漏到環境中去。

儀表閥既是切斷閥，又是承壓設備，必須具有較高的技術要求和嚴格的質保要求。

儀控系統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格的產品，文章著重介紹高溫、高壓核安全三級儀表截止閥的開發和研制。

1 俄供儀表閥在田灣核電站的應用及問題

1.1 俄供儀表閥品種及型號規格

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)?規格有：DN10、DN15。

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

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

6)?安全等級[1]為2級、3級和4級；質保等級[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號機組從冷試、熱試直至調試C階段，不斷發現俄供儀表閥出現泄漏現象，主要是內漏，即閥瓣與閥座之間的密封面出現泄漏。對閥瓣或閥座進行研磨后回裝到儀表管線上，時間不長又出現泄漏。經分析，這完全是閥門結構設計不合理和制造質量方面存在問題而引起的。

（1）俄供閥門細化參數

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

（2）國產截止閥主要設計參數

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、全關靜壓壽命試驗（單向受壓）≥6?000次。

（3）兩種閥門在結構上的對照分析（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，閥門關閉時，很難保證閥瓣與閥座密封面的同心度。國產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生外泄漏。國產閥門有鎖緊螺母，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運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）均為進口產品，尚未實現國產化。但國產的低溫低壓、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）上已有運用。經用戶反映，在近兩年的使用中，未發現閥門有泄漏現象等質量問題，產品滿足一回路工藝系統的要求。

1.3 國產化要求

俄供核級儀表閥所存在的質量及供貨期得不到可靠保證的問題，已經嚴重影響系統的調試進度。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）進行替代，以保證調試工作的順利進行。

今后，核級儀表閥按計劃完全依靠俄供產品存在著一定的風險，它會嚴重影響核電廠的正常并網發電。為此，國產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研制工作，如果成功了，再開發研制國產核三級旋塞閥、球閥和波紋管截止閥，并為進一步開發研制核二級儀表閥門打下基礎。

2 核三級儀表閥的技術要求

2.1 主要技術要求

1)?工作介質為帶放射性的含硼除鹽水或除鹽水。

2)?介質工作壓力為12?MPa（閥門設計壓力為16?MPa）。

3)?介質工作溫度為220?℃（閥門設計溫度為350?℃）。

4)?介質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。

儀表閥冷態靜壓壽命試驗6?000次（同一臺閥門完成關緊和全開一個循環為一個試驗次數），閥門無變形、結構無損傷，均無內外泄漏。試驗應符合JB/T?8859-2004《截止閥靜壓壽命試驗規程》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 結構要求

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）儀表閥外形應美觀、結構新穎、閥門手柄操作應輕便靈活、閥桿組件應具有互換性，互換方式應簡單、方便、快速，互換后仍應保持原有特性。

2.3 應用標準

儀表閥的設計、制造和驗收、材料、焊接、無損檢驗、試驗等應嚴格按ANSI/ASME?BPV-Ⅲ-1-ND標準中的要求執行。

3 核級儀表閥國產化的必要性和可能性

3.1 必要性

根據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運行的核電廠中所使用的高溫、高壓核級儀表閥均為進口產品，尚未實現國產化；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品（另一部分為德供產品）。由于俄供閥門存在的問題及供貨期得不到保證，從長遠的角度考慮，立足國內、國產化是必然趨勢。

3.2 可能性

1)?國內已經有《壓水堆核電廠閥門設計、制造和驗收等相關標準》。

2)?國內有很多廠家已掌握了美國、法國、德國、日本等國家《民用核承壓設備》等標準中的相關內容，并具有一定的設計、制造能力。

3)?國內有很多廠家取得了國家核安全局頒發的《民用核承壓設備制造資格許可證》，而且他們均已經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績，并滿足核電廠的要求。

4 核級儀表閥國產化實踐

4.1 樣機研制

（1）技術規格書

核級儀表閥的開發和研制，必須要有一份技術規格書和執行標準。公司收集和整理了俄供產品的有關圖紙和資料，并根據田灣核電站相關工藝系統的有關參數及實際安裝使用情況，以及國內積累的經驗及相關標準要求，編制了《核三級儀表截止閥技術規格書》。

（2）生產廠家調研

對江蘇星河集團有限公司、中核蘇閥科技實業股份有限公司、西安核設備有限公司革新閥門廠進行實地考察和技術交流，對他們的技術力量、設備裝備、人員素質、質量保證和組織機構等進行了詳細的了解，他們均有研制高溫高壓核三級儀表截止閥資格和能力。

（3）抗震分析及結論

制造好的3臺樣機經過全性能試驗，合格后隨設計圖紙一起由上海核工程研究設計院進行抗震分析。其結論是：閥門在內壓、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，試驗介質為常溫自來水（經過濾），試驗次數為6?000次（閥門全開全關為一次）。在試驗的全過程中，閥門每啟閉循環200次，進行一次密封性能檢查，合格后方可繼續試驗。

2）執行標準及技術文件

●?JB/T?8859-2004《截止閥靜壓壽命試驗規程》；

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

●?核三級手動儀表截止閥技術規格書。

3）試驗

閥門的“靜壓壽命試驗”，在機械工業部通用機械產品檢測所閥門產品質量監督檢測中心（權威機構）的閥門靜壓壽命試驗臺架上進行。根據質量計劃所選取的H點，我公司對試驗的全過程進行了現場見證。

閥門經過7個工作日，斷續循環6?000次冷態靜壓壽命試驗后，閥門動作無異常現象，密封面無可見泄漏，密封性能良好。

試驗合格的樣機再在壓力試驗臺架上對其進行殼體強度、水、氣密封試驗，閥門無變形，結構無損傷、均無內外泄漏，閥門滿足要求。

4.2 質保監督

根據國家核安全法規《HAF003》的要求，在《核設施儀表閥及配套管件制造質量保證大綱》的基礎上，從組織機構設置、文件、設計、采購、物項、工藝過程、檢查和試驗、不符合項、糾正措施、記錄、監查等方面進行控制，并分別制定了22個控制工作程序。

對樣機研制專門編制了制造質量計劃，繪制產品工藝過程及質量檢查點、控制點流程圖，根據質量控制點的重要程序選擇質量見證點，通過制定質量見證點計劃表，從而指導和控制每個職能部門和有關人員的每一項活動。實施質量跟蹤制度，建立質量跟蹤卡，對核三級儀表閥從原材料采購、進廠、工藝過程到檢驗、試驗等進行質量跟蹤管理。監督和監查對核三級儀表閥有影響的活動均由專職人員，按照認可的程序，使用合格的設備和檢測儀器，符合標準和法規去完成；保證對質量有影響的工作和活動都受到應有的控制。做好質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，有據可查。

4.3 核三級儀表閥在田灣核電站的應用

（1）試生產

廠家根據合格樣機的整套圖紙、工藝流程、質量計劃為田灣核電站提供20臺產品。

（2）應用

20臺核三級儀表閥，16臺配套用于核島一回路主給水系統的流量測量及驗證（另4臺用于其他系統替代內漏的俄供產品）。系統介質為除鹽水，介質工作壓力為12?MPa，介質工作溫度為220?℃，經過半年多試用，認為該閥門的外形美觀，結構新穎，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，未發現泄漏等質量問題，閥門質量是好的，滿足了工程要求。

（3）批量生產

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

5 結束語

通過這次國產化的實踐，我們看到國產閥門既精致，又適用。更讓我們欣慰的是國產閥門物美價廉，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運用到田灣核電站一回路各工藝系統中，以替代內漏的俄供產品。我們將關注和收集該批閥門的使用情況，及時進行經驗反饋，為開發研制核二級儀表閥做好準備。

[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.

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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，學士，從事核電廠儀控專業的設計管理、安裝配合、調試、維護等工作。