韓 冰 王保平 李耀武

（中國核動力研究設計院核反應堆系統(tǒng)設計技術重點實驗室，四川 成都610041）

0 概述

穩(wěn)壓器安全閥是反應堆冷卻劑系統(tǒng)的超壓保護設備，當系統(tǒng)發(fā)生異常狀況，壓力上升到穩(wěn)壓器安全閥的開啟壓力整定值時，穩(wěn)壓器安全閥自動開啟，排放穩(wěn)壓器上部蒸汽，以使系統(tǒng)卸壓，從而對反應堆冷卻劑系統(tǒng)的管道和設備起到安全保護的作用。

目前，華龍一號核電機組的設計壽命為60年，反應堆冷卻劑系統(tǒng)主設備的設計壽命均為60年，而穩(wěn)壓器安全閥的設計壽命為40年，與電廠的設計壽命不匹配。此外，反應堆堆芯功率提升是華龍一號后續(xù)機型研發(fā)的一項重要改進，堆芯功率的提升會導致穩(wěn)壓器安全閥的排量增加。因此，有必要對穩(wěn)壓器安全閥在華龍后續(xù)工程中的設計提出改進分析。

本文針對穩(wěn)壓器安全閥在華龍后續(xù)工程中的設計改進進行了分析和研究。

1 華龍一號穩(wěn)壓器安全閥

1.1 設備描述

華龍一號穩(wěn)壓器安全閥采用先導式安全閥，每臺穩(wěn)壓器安全閥包括一臺主閥和兩臺先導閥。其中主閥由串聯(lián)布置的一臺保護閥和一臺隔離閥組成，保護閥為反應堆提供超壓保護，隔離閥在保護閥失效時提供隔離功能。保護閥和隔離閥由先導閥控制驅(qū)動，先導閥可通過電信號或穩(wěn)壓器內(nèi)的液壓進行驅(qū)動。保護閥和隔離閥配備位置指示器，用以指示閥位信息。

圖1 穩(wěn)壓器安全閥結構圖

1.2 設計要求

華龍一號穩(wěn)壓器安全閥設計要求如下：

-安全等級：1

-規(guī)范等級：1

-抗震等級：1A

-質(zhì)保等級：QA1

-電氣鑒定等級：K1

-設計壓力：17.23 MPa.a

-設計溫度：360℃

-工作介質(zhì)：帶放射性、含硼的飽和蒸汽

-整定壓力：

開啟：保護閥17.2 MPa.a

隔離閥14.6 MPa.a

關閉：保護閥16.6 MPa.a

隔離閥13.9 MPa.a

-排量：175～194 t/h

-開啟/關閉時間：0.65 s

-設計壽命：40年

1.3 鑒定結果

由于華龍一號核電機組是全新設計，此前國內(nèi)外供貨商均不能提供滿足華龍一號設計要求的穩(wěn)壓器安全閥，因此對該項目的穩(wěn)壓器安全閥進行了重新鑒定。鑒定流程見圖2。

經(jīng)過鑒定，該穩(wěn)壓器安全閥滿足設計要求，目前已在華龍一號全球首堆成功運行。

圖2 華龍一號穩(wěn)壓器安全閥鑒定流程

2 華龍一號后續(xù)機型穩(wěn)壓器安全閥

2.1 設計要求

華龍一號后續(xù)機型穩(wěn)壓器安全閥的設計要求與華龍一號穩(wěn)壓器安全閥對比見表1，由表1可知變化為排量、開啟/關閉時間和設計壽命。

2.2 改進實施措施

2.2.1 排量

閥門排量的提高可通過擴大喉徑和增加行程實現(xiàn)。穩(wěn)壓器安全閥喉徑和行程見圖3和圖4。

圖3 華龍一號穩(wěn)壓器安全閥喉徑

圖4 華龍一號穩(wěn)壓器安全閥行程

表1 華龍一號與其后續(xù)機型穩(wěn)壓器安全閥設計要求對比

2.2.2 開啟/關閉時間

由于閥門行程增加，開啟/關閉時間相應也會增加。經(jīng)過安全分析，新的開啟/關閉時間滿足系統(tǒng)設計要求。同時通過與供貨商的溝通，閥門行程增加導致的開啟/關閉時間變化在設計要求范圍之內(nèi)。

2.2.3 設計壽命

延長閥門設計壽命，需要補充閥門疲勞分析和耐久性試驗。由于易損件和外置執(zhí)行機構較易更換，因此本文只考慮承壓邊界的機械部分。

對于疲勞分析，供貨商需針對60年的設計瞬態(tài)進行閥門的疲勞分析。

對于耐久性試驗，供貨商可在華龍一號穩(wěn)壓器安全閥樣機上補充進行20年的機械部件耐久性試驗。

3 結論

由于穩(wěn)壓器安全閥是保證核電廠安全運行的重要設備之一，應著重考慮該閥門的設計合理性。在華龍一號后續(xù)機型設計過程中，針對堆芯功率提升和閥門現(xiàn)有設計壽命不合理的情況，通過本文分析，可采取增加閥門排量和延長閥門設計壽命的措施，提高穩(wěn)壓器安全閥與新機型的匹配度。