軸流式止回閥在核電站的應用淺談

王啟元+李林

【摘 要】簡要介紹了核電站常用的幾種止回閥，并列舉了軸流式止回閥的優勢。通過分析核電站使用的圓盤型結構軸流止回閥基本設計參數，以及國內外軸流式止回閥的生產能力，提出了核電站軸流止回閥的國產化的可能。

【關鍵詞】軸流式止回閥；圓盤型結構；國產化

【Abstract】Several kinds of frequently-used check valve are introduced briefly，and the advantages of nozzle check valve are quoted. Combining the analysis on the basic parameters designed for the solid-disc structure nozzle check valves used in nuclear power plants and the facts of domestic and abroad nozzle check valve production capacities，the possibility of nozzle check valves localization for nuclear power plant is included

【Key words】Nozzle check valve； Solid-disc structure；Localization

0 前言

1935年，軸流止回閥問世。1954年，前蘇聯建成奧勃靈斯克核電站。1972年，軸流式止回閥被首次應用在某歐洲核電站中，替代了主給水止回閥（旋啟式）。

AP1000核電作為嶄新的第三代核電技術，從設計上再次引入了廣泛使用在石油化工行業的特殊型止回閥——軸流式止回閥。

1 核電站常用止回閥的幾種形式

核電站常用的止回閥主要有以下三種形式：

1.1 旋啟式止回閥

1.1.1 設有鉸鏈機構，閥瓣與鉸鏈機構有足夠的旋啟空間，閥瓣相對鉸鏈機構不能轉動；

1.1.2 依重心旋轉：閥瓣靠重力回位至關閉位置，低壓的密封較差。

1.2 升降式止回閥

沿軸線移動：流體使閥瓣從閥座密封面上抬起，介質回流導致閥瓣回落到閥座上，流阻較大。

1.3 蝶式止回閥

1.3.1 閥瓣為2個半圓蝶板，采用彈簧強制復位；

1.3.2 沿中心旋轉：流體壓力克服彈簧力使閥瓣從閥座密封面上抬起，介質回流時依靠彈簧和閥瓣的自重（垂直安裝）使閥瓣回落到閥座上，密封較差。

2 軸流式止回閥的特點及核電應用

2.1 軸流式止回閥的特點

2.1.1 軸流式止回閥的型式

軸流式止回閥根據其閥瓣結構形式的不同可分為圓盤型（solid-disc）、環盤型（ring-disc）和套筒型等，應用較多的是圓盤型和環盤型兩種。

（1）圓盤型結構又分為懸臂式以及雙支承式：

懸臂圓盤型（見圖4）軸流式止回閥對閥軸和軸套的設計、制造精度要求高。由于運動的閥芯是懸臂結構，如閥軸與導向套存在偏心則易卡阻。

雙支承的閥芯結構（見圖5），避免了懸臂結構的偏心現象，具有良好的對中性，閥芯動作平穩，但閥軸與其支撐軸套存在一定的磨損[1]。

（2）環盤型結構（見圖6）避免了圓盤型閥軸偏心的缺點，閥芯輕便靈活，運行無磨損卡阻，但環形閥芯的結構復雜，流體阻力略大，且不易密封[2]。

（3）套筒型結構（見圖7）閥瓣質量輕，動作靈敏，行程較短，結構長度短，可低壓密封和低壓開啟，關閉無沖擊、噪聲，彈簧不直接與介質接觸，因而壽命長，缺點為有兩個密封副，給加工、研磨和維修增加了困難，同時有一定的壓力損失[3]。

2.1.2 軸流式止回閥的原理

閥前介質流動到閥瓣處，動能轉化為勢能對閥瓣形成靜壓，當入口靜壓大于彈簧彈力與出口端壓力的總和時，介質推動閥瓣壓縮彈簧，閥門開啟。隨著閥前介質流量的減小，閥前的介質壓力不足以克服彈簧彈力與閥后介質背壓的和力時，閥瓣將恢復至原位，止回閥關閉，并阻止介質回流[4]。

2.1.3 軸流式止回閥的優勢

（1）啟閉迅速

軸流式止回閥與旋啟式、對夾式止回閥相比行程短，特別是大口徑閥的相對行程更短，可以實現快速關閉。

（2）密封性能較好

輕質量、低慣性的閥瓣經過短行程關閉后對閥座的沖擊力小，可有效減少閥座密封面因破壞而導致的泄漏。

（3）流體阻力小

軸流式止回閥采用文丘里式的閥門內部結構設計，流體流經閥門時，漸縮和漸擴的流道可保證流體處于層流狀態，減少流體壓力損失，從而使得閥門的流阻系數小。

（4）震動小、噪音低、防水錘

閥瓣關閉時介質的倒流速度小，彈簧復位使得閥門啟閉無撞擊，從而減少了機械震動、噪聲及水錘的發生。

2.2 軸流式止回閥的核電應用

軸流式止回閥目前主要應用在石油/天然氣運輸等化工相關領域，在國內（AP1000）核電站單機組中有12臺核級止回閥采用了軸流式（AP1000的核級止回閥共有54臺/機組），且均為懸臂式圓盤型結構。

其中，核一級的參數要求較高：

核級閥門制造前需依照AEMEQME-1-2007的QV-7000相關要求進行閥門質量鑒定。通常核級設備的質量鑒定次序為：老化鑒定試驗（熱老化、輻照老化、振動老化等）、抗震鑒定試驗、LOCA環境鑒定試驗。上述鑒定試驗須在同一試驗件上順序進行。

3 國內外軸流式止回閥的生產能力

軸流式止回閥主要以進口為主，最大口徑可達60"以上。比較知名的品牌如Mokveld（荷蘭）、Goodwin（英國）、Noreva（德國）、Enertech（美國）以及Crane（美國）等。

據稱，在油氣集輸管網、石化等管道上的止回裝置應用中，16"以下的小口徑閥已實現國產。國內有三家閥門廠在做軸流式止回閥的研發：自貢新地佩爾、蘇州鈕威和重慶科特。從實際使用情況來看，國內廠家已經基本具備了與國外廠家一較高下的能力[5]。

對于AP1000核電站采用的核級軸流止回閥，目前國內廠家尚無相關設計、制造資質，仍需進口。

4 總結

軸流式止回閥在我國核電站中屬于首次使用，AP1000的樣板項目選擇了進口Enertech，但在供貨過程中也出現過延期。如后續核電在常規島的止回閥設計中能考慮逐步引入軸流式止回閥，將極大促進國內廠家的參與。在減小大口徑止回閥水錘效應的同時，對核級軸流止回閥的國產化也起到積極作用。

【參考文獻】

[1]李科.長輸管線軸流式止回閥的選用與分析[J].閥門，2015（4）：31-32.

[2]彭林，宋忠榮.軸流式止回閥的密封試驗[J].閥門，2012（3）：15-16.

[3]李學飛.軸流式止回閥閥瓣結構分析與設計[J].閥門，2011（2）：5-7.

[4]張寶江.軸流式止回閥的應用[J].石油化工設計，2011，28（2）：45-46.

[5]趙春磊.軸流式止回閥在長輸管線上的應用及國產化情況[J].通用機械，2015（4）：50-54.

[責任編輯：朱麗娜]