核電閥門鑒定標(biāo)準(zhǔn)的探討

鄧鵬飛

上海電氣凱士比核電泵閥有限公司 上海 201306

1 鑒定標(biāo)準(zhǔn)分析

目前國(guó)內(nèi)核電閥門設(shè)備的鑒定原則一般要求遵循標(biāo)準(zhǔn)ASMEQME-12007，主要鑒定部分涉及到ASMEQR-A卷機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)鑒定和QV卷核電廠能動(dòng)閥組件的功能鑒定要求。同時(shí)具體鑒定的實(shí)施參考行業(yè)的鑒定實(shí)踐（如法國(guó)EDF的鑒定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和中國(guó)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB-T20036.6-2011核電廠能動(dòng)機(jī)械設(shè)備鑒定-第6部分-閥門組件鑒定等）。除此之外，閥門的非金屬件應(yīng)采用試驗(yàn)、分析和/或兩者相結(jié)合的方法按ASMEQME-1附錄QR-B的要求進(jìn)行環(huán)境和輻照鑒定。閥門的主要附件的鑒定，包括電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及電氣附件等，應(yīng)遵照閥門專用技術(shù)規(guī)范書(shū)中具體要求。

依據(jù)ASMEQV-5000，閥門功能鑒定包括內(nèi)容為：①閥門密封性能。②冷態(tài)循環(huán)試驗(yàn)。③熱態(tài)循環(huán)試驗(yàn)。④端部加載試驗(yàn)。⑤振動(dòng)試驗(yàn)。⑥流體阻斷試驗(yàn)。⑦結(jié)構(gòu)材料充分適應(yīng)環(huán)境和老化試驗(yàn)[1]。

ASMEQVP-7320規(guī)定了閥門鑒定試驗(yàn)順序?yàn)椋孩僭囼?yàn)前的檢查。②基本頻率的確定。③環(huán)境和老化模擬及中間檢查。④循環(huán)試驗(yàn)及中間檢查。⑤端部載荷試驗(yàn)及中間檢查。⑥振動(dòng)試驗(yàn)及中間檢查。⑦流體阻斷試驗(yàn)。⑧試驗(yàn)后檢查。

2 球閥鑒定試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)要求

鑒定試驗(yàn)又稱原型試驗(yàn)。為確定產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求，可選擇有代表性的產(chǎn)品進(jìn)行鑒定試驗(yàn)。鑒定試驗(yàn)不同于出廠試驗(yàn)，前者針對(duì)樣機(jī)進(jìn)行的試驗(yàn)，后者是每件產(chǎn)品出廠前需進(jìn)行的試驗(yàn)。電動(dòng)球閥在系統(tǒng)管路上起到介質(zhì)隔離的作用。其電傳動(dòng)裝置是球閥的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，球逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°開(kāi)閥，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°關(guān)閥。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，介質(zhì)力作用在密封座組件上，使閥座與球體接觸，產(chǎn)生接觸應(yīng)力，獲得有效密封[2]。

2.2 試驗(yàn)分析

電動(dòng)球閥的鑒定項(xiàng)目有試驗(yàn)前檢查（殼體強(qiáng)度試驗(yàn)、閥瓣強(qiáng)度試驗(yàn)、閥座密封試驗(yàn)）,環(huán)境與老化模擬，冷、熱循環(huán)試驗(yàn)、端部加載試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)（基頻測(cè)定，振動(dòng)老化，抗震試驗(yàn)）、流體阻斷試驗(yàn)和LOCA事故環(huán)境條件下整機(jī)性能試驗(yàn)。殼體強(qiáng)度試驗(yàn)、閥瓣強(qiáng)度試驗(yàn)和閥座密封試驗(yàn)均屬于閥門性能試驗(yàn)。環(huán)境與老化模擬,冷、熱循環(huán)試驗(yàn)、端部加載試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、流體阻斷試驗(yàn)和LOCA試驗(yàn)用來(lái)檢測(cè)閥門在正常工況及事故工況下的機(jī)械壽命、疲勞壽命和瞬態(tài)的要求。

殼體強(qiáng)度驗(yàn)、閥瓣強(qiáng)度試、閥瓣密封性試驗(yàn)合格后，對(duì)閥門外觀進(jìn)行檢查，要求承壓件無(wú)變形及無(wú)外密封泄漏。

環(huán)境與老化模擬。承壓邊界及傳遞載荷金屬部件，應(yīng)考慮與腐蝕、沖蝕及疲勞等有關(guān)的老化。基本功能單元的塑料和橡膠，應(yīng)暴露在要求的最大程度的輻照和熱老化環(huán)境中進(jìn)行鑒定。

循環(huán)試驗(yàn)密在封性試驗(yàn)完成后，在其回路中進(jìn)行，按照介質(zhì)流向安裝閥門，閥門啟閉2000次（冷態(tài)1500次+熱態(tài)500次，可根據(jù)規(guī)范書(shū)要求具體調(diào)整，冷態(tài)為常溫，熱態(tài)為工況溫度，回路中保證一定的試驗(yàn)壓力）每循環(huán)500次進(jìn)行一次密封檢查。密封試驗(yàn)合格后進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)。冷、熱態(tài)循環(huán)試驗(yàn)應(yīng)穿插進(jìn)行[3]。每次密封試驗(yàn)后，采用正常驅(qū)動(dòng)力、最大驅(qū)動(dòng)力及最小驅(qū)動(dòng)力下的電壓?jiǎn)㈤]閥門各3次。

端部加載試驗(yàn)是為了驗(yàn)證閥門受到所有管端載荷力，連同內(nèi)壓和自重在正常工作載荷作用時(shí)，試驗(yàn)閥門裝置的可操作性和閥門的密封、承壓邊界完整性。

振動(dòng)試驗(yàn)包含振動(dòng)老化試驗(yàn)和抗震試驗(yàn)。振動(dòng)老化用于證明振動(dòng)環(huán)境對(duì)閥門組件的影響。這一試驗(yàn)產(chǎn)生一個(gè)任意但合理的振動(dòng)條件代表核電廠正常運(yùn)行的振動(dòng)條件。在抗震鑒定時(shí)，首先應(yīng)確定閥門組件的一階固有頻率。規(guī)定最小剛性軸的一階固有頻率低于33Hz的閥門組件為柔性，大于或等于33Hz的閥門組件為剛性。對(duì)于剛性閥門組件，可采用靜態(tài)加載法；對(duì)于柔性閥門組件，則必須采用動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法。對(duì)于公稱通徑小于等于100mm的帶執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門，不宜采用靜態(tài)加載法，須采用動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法。

流體阻斷試驗(yàn)。對(duì)于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)閥門，流體阻斷試驗(yàn)?zāi)康脑谟隍?yàn)證在大流量條件下，閥門組件克服流體動(dòng)態(tài)而開(kāi)啟和關(guān)閉的能力。試驗(yàn)閥門安裝在連接有貯水容易的管路中，此貯水容器足夠提供要求的流量。試驗(yàn)前關(guān)閉閥門，克服全入口壓力開(kāi)啟閥門，開(kāi)始試驗(yàn)。開(kāi)啟建立起流量條件后，重新關(guān)閉閥門。

LOCA試驗(yàn)裝置包含試驗(yàn)壓力容器、蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、安全釋放系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)等組成。試驗(yàn)壓力容器容積3m3內(nèi)外設(shè)置電熱元件，容器上布置有蒸汽注入口、氮?dú)庾⑷肟凇娏茏⑷肟凇踩尫拧囟燃皦毫y(cè)量等。

所有鑒定試驗(yàn)完成后，電動(dòng)球閥外觀完整，無(wú)裂縫變形。接通電源后電動(dòng)球閥開(kāi)啟關(guān)閉正常，動(dòng)作靈活，無(wú)卡滯和異響。試驗(yàn)后，拆開(kāi)樣機(jī)并對(duì)零部件進(jìn)行清洗，實(shí)測(cè)閥體、閥瓣、中法蘭螺栓等零件尺寸和磨損量。

2.3 參數(shù)校核

閥門初期設(shè)計(jì)階段需要完成計(jì)算書(shū)，包括承壓件的結(jié)構(gòu)和承壓件受力計(jì)算，然后根據(jù)采購(gòu)方技術(shù)要求，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)核安全級(jí)設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度的分析和校核，應(yīng)考慮自重、內(nèi)壓、管道端部載荷和地震載荷對(duì)承壓件及關(guān)鍵件的作用。根據(jù)計(jì)算數(shù)值校對(duì)試驗(yàn)后重要件尺寸。

3 結(jié)語(yǔ)

核電作為一種清潔能源，已成為國(guó)家能源電力戰(zhàn)略的重要組成部分。在我國(guó)核電大力發(fā)展的情況下，迫切需要盡快建立適應(yīng)我國(guó)核電建設(shè)要求的核電標(biāo)準(zhǔn)體系。根據(jù)電動(dòng)球閥的鑒定試驗(yàn)示例，可列舉出主要鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目。不同的閥門種類及結(jié)構(gòu)都會(huì)相應(yīng)的差異，需根據(jù)實(shí)際情況增減鑒定項(xiàng)目和調(diào)整鑒定要求。通過(guò)對(duì)電動(dòng)球閥的鑒定試驗(yàn)梳理，可以對(duì)其他閥類起到借鑒的作用。