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        核安全三級儀表截止閥的國產(chǎn)化研制

        2014-02-17 08:22:10郭雅山顧春燕史東亮
        中國核電 2014年2期
        關鍵詞:核級田灣截止閥

        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?;诙砉﹥x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(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規(guī)格書》,用于指導國產(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(nèi)漏等質量問題,取得了良好的實踐經(jīng)驗和顯著的經(jīng)濟效益。

        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,又是承壓設備,必須具有較高的技術要求和嚴格的質保要求。

        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(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(shù)

        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(chǎn)截止閥主要設計參數(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(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(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量及供貨期得不到可靠保證的問題,已經(jīng)嚴重影響系統(tǒng)的調(diào)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(diào)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(chǎn)品存在著一定的風險,它會嚴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,并為進一步開發(fā)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(tài)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(huán)為一個試驗次數(shù)),閥門無變形、結構無損傷,均無內(nèi)外泄漏。試驗應符合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(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)運行的核電廠中所使用的高溫、高壓核級儀表閥均為進口產(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計、制造和驗收等相關標準》。

        2)?國內(nèi)有很多廠家已掌握了美國、法國、德國、日本等國家《民用核承壓設備》等標準中的相關內(nèi)容,并具有一定的設計、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 樣機研制

        (1)技術規(guī)格書

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

        (2)生產(chǎn)廠家調(diào)研

        對江蘇星河集團有限公司、中核蘇閥科技實業(yè)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(jīng)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(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(jīng)過濾),試驗次數(shù)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(huán)200次,進行一次密封性能檢查,合格后方可繼續(xù)試驗。

        2)執(zhí)行標準及技術文件

        ●?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規(guī)格書。

        3)試驗

        閥門的“靜壓壽命試驗”,在機械工業(yè)部通用機械產(chǎn)品檢測所閥門產(chǎn)品質量監(jiān)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(jù)質量計劃所選取的H點,我公司對試驗的全過程進行了現(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(nèi)外泄漏,閥門滿足要求。

        4.2 質保監(jiān)督

        根據(jù)國家核安全法規(guī)《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(jiān)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(chǎn)品工藝過程及質量檢查點、控制點流程圖,根據(jù)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(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,按照認可的程序,使用合格的設備和檢測儀器,符合標準和法規(guī)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(jù)可查。

        4.3 核三級儀表閥在田灣核電站的應用

        (1)試生產(chǎn)

        廠家根據(jù)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(chǎn)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(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)介質為除鹽水,介質工作壓力為12?MPa,介質工作溫度為220?℃,經(jīng)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(fā)現(xiàn)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(chǎn)

        公司在試用的基礎上又采購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(chǎn)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(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。我們將關注和收集該批閥門的使用情況,及時進行經(jīng)驗反饋,為開發(fā)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(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

        TL35??Article character:A??Article ID:1674-1617(2014)02-0099-05

        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(yè)的設計管理、安裝配合、調(diào)試、維護等工作。

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