AP1000爆破閥技術特點和難點剖析

摘要：爆破閥作為AP1000項目中非能動設計的關鍵設備之一，其結構特點與以往閥門類型不同，其通過點燃閥門藥筒內裝的火藥，驅動閥門快速打開，保證了事故工況下非能動堆芯冷卻系統可靠運行，有效降低了事故下堆內溫度和壓力，減少了設備維修和人員輻照。

關鍵詞：爆破閥；非能動；藥筒；鑒定試驗；國產化 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2016）36-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.036

1 概述

AP1000壓水堆技術作為全球三代核電的先進技術之一，具有非能動性、模塊化、系統簡化等特點。同時，AP1000與以往壓水堆相比在使用設備上同樣存在較大變化，其中爆破閥的首次使用是主要變化之一。

爆破閥是一種火工品驅動的閥門，正常運行時，爆破閥處于關閉狀態，密封是靠密閉的剪切蓋來保證，不存在泄漏的可能性；事故工況下動作時，僅供一次動作使用且動作過程不可逆，不存在任何誤關閉的可能性。

2 設計特點

AP1000爆破閥主要包括DN350和DN200兩種規格，單臺機組共12臺，其中4臺為DN350、2臺為DN200低壓、3臺為DN200高壓R（有流向要求）、3臺為DN200高壓L（有流向要求）。

爆破閥屬于A1類，抗震Ⅰ級設備，閥門組件的設計壽命為60年（墊片、彈性材料等易損件除外），藥筒驅動裝置的設計儲存壽命為4年，安裝后壽命為8年，為防止藥筒內火藥的老化，在電廠運行階段，每2年取爆破閥執行機構總數的1/4進行定期試驗、更換。

爆破閥的基本設計功能是在電廠運行時保證零泄漏；一旦動作則提供要求的流量。閥門上帶1E級閥位指示器，以確定閥門全開的位置。爆破閥不要求動作后關閉，但爆破閥在動作后必須能修，所有爆破閥均要求保持壓力邊界完整。爆破閥必須設計成在動作時和之后能防止飛射物的產生，動作后不能阻礙流動。最長開閥時間為2s。

3 結構特點

爆破閥主要由以下部件組成，包括閥體組件、閥蓋、拉緊螺栓、活塞、緩沖裝置、位置指示裝置、剪切蓋、藥筒組件等。

藥筒驅動裝置接收到電流信號后，通過內部點火器點燃火藥并產生氣體使活塞受力，造成拉緊螺栓斷裂，活塞因此往下運動，并對剪切蓋端部提供作用力，使剪切蓋打開，從而保證介質流通。

為保證動作安全可靠，藥筒設計有冗余點火器，每一個點火器均能保證閥門及時打開，每臺DN200爆破閥有2個點火器，一用一備，每臺DN350爆破閥有3個點火器，一用兩備。同時，DN200爆破閥活塞在結構上存在兩個腔室，這種設計保證了剪切蓋端部在閥門動作后，隨下腔室一起運動到閥體下部，上腔室確保流體暢通；DN350爆破閥剪切蓋端部在打開時由夾具保持，避免了阻塞流道。

4 使用特點

爆破閥屬于非能動堆芯冷卻系統（PXS）中關鍵設備，分別用于自動降壓系統（ADS）的第4級自動降壓子系統、低壓安注回路和安全殼再循環回路。

自動降壓系統（ADS）的第4級自動降壓子系統：共2×2列，每列布置有一個DN350爆破閥，通過常開直流電動閘閥連接到反應堆冷卻劑系統RCS的熱管段；在同時滿足ADS系統第3級啟動后128s和CMT低-6液位整定值這兩個要求時，每個RCS系統熱段的兩列ASD-4級通道各有一根管線自動開啟，第2根管道在第1根管道啟動60s后啟動，打開后介質直接排到SG隔間，排放點標高高于最大安全殼淹沒水位。

低壓安注回路：共2×2列，每列布置1臺DN200高壓爆破閥。當第4級ADS啟用后，低壓安注管線上的爆破閥打開，當主系統壓力降低至IRWST安注壓力以下時，與爆破閥串聯的止回閥打開（該止回閥屬低壓差開啟止回閥并應盡可能小的流阻），安全殼內置換料水箱（IRWST）的水靠重力通過并聯兩路爆破閥和止回閥向反應堆堆芯注水。

安全殼再循環：共2×2列，并聯兩路中一列為DN200低壓爆破閥和常開直流電動閥，一列為DN200高壓爆破閥和止回閥，實現安全殼再循環和對堆芯的長期冷卻；當安注箱、堆芯補水箱CMT、IRWST注水完成后，安全殼內水淹到相當高的水位，可通過重力向堆芯注水建立再循環，再循環管線上的閥門打開，啟動安全殼再循環冷卻。當IRWST水位降到足夠低時，安全殼再循環爆破閥打開，為安全殼向反應堆注入提供冗余通道。

5 鑒定特點

爆破閥的鑒定，以《AP1000安全級閥門設備鑒定方法及文件要求》（APP-GW-VP-010）為指導，參考ASME、IEEE、MIL等規范要求，共分為5大部分：（1）閥門本體的QME-1鑒定：包括浸沒試驗、泄漏試驗、抗震試驗、功能試驗、流量試驗、試驗后檢查；（2）補充抗震試驗：主要是對沒有被ASME QME-1和IEEE標準覆蓋的拉緊螺栓和閥門位置指示器進行該試驗；（3）藥筒執行機構和電氣接插件的IEEE鑒定：主要包括輻照老化、熱循環、熱老化、連接/斷開機械循環、振動老化、抗震試驗、壓力循環、LOCA、浸沒、功能試驗、試驗后檢查；（4）電氣件的EMI電磁干擾試驗：主要是對點火器、接插件、位置指示器進行試驗，包括電纜束注入傳到敏感度試驗、電纜束注入脈沖激勵傳導敏感度試驗、阻尼正弦順變傳導敏感度試驗、磁場輻射發射傳導敏感度試驗、電場輻射發射傳導敏感度試驗。

6 國產化風險

目前AP1000示范項目的爆破閥由美國SPX公司供貨。通過技術引進，后續國內AP1000項目將由國內制造廠負責爆破閥設計和制造。現階段國內已有3家制造企業開展爆破閥試制。

考慮到SPX在向示范項目供貨期間存在一些問題，造成爆破閥有較長時間的延誤，在后續項目國產化過程中，需要在以下方面給予關注：（1）首次制造風險：由于國內制造廠首次制造爆破閥，同時配套藥筒裝置也是國內首次設計，制造過程中如剪切蓋的設計制造、活塞和閥體中腔的間隙、拉緊螺栓削弱槽直徑、剪切蓋剪切處壁厚和能量吸收裝置等關鍵參數的敏感性分析，對國內制造企業存在一定挑戰；（2）設備鑒定風險：SPX從2012年開始爆破閥鑒定試驗，期間經歷了浸沒泄漏、藥筒啞火、接插件支架破裂等事故，最終于2015年6月全部通過。設備國產化后在鑒定試驗時雖可能避免了類似問題，但試驗過程中出現失效問題的風險仍比較大，且目前國內制造廠均選擇上海成套院進行鑒定試驗，鑒定進度風險較大，而設備相應電氣接插件、限位開關等部件仍為進口，能否獲得部件的鑒定資料仍未可知。

7 結語

爆破閥整體結構簡單、動作迅速可靠，確保了運行過程中零泄漏，減少了設備維修和相關人員的輻照劑量，是AP1000技術的關鍵設備之一。在后續國產化過程中，作為業主應當對設備整體過程進行跟蹤和監督，確保設備制造質量符合設計要求。

參考文獻

[1] 林誠格.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京： 原子能出版社，2008.

[2] 孫漢虹，程平東，繆鴻興，等.第三代核電技術 AP1000[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 樂秀輝，盛燮康，李軍業.AP1000核島主要閥門特點 [J].通用機械，2010，（7）.

作者簡介：喬緯經（1982-），男，中核集團三門核電有限公司機械采購工程師，研究方向：機械設備管理和設備監造。

（責任編輯：蔣建華）