核電站輔助過濾器的研發(fā)

王文超　付江南

【摘 要】秦山核電站輔助過濾器屬于核電站水過濾器的一種，主要利用機(jī)械攔截、慣性碰撞的過濾機(jī)理，從流體中去除污染物，使流體達(dá)到所需的潔凈度水平。

【關(guān)鍵詞】一回路主要輔助系統(tǒng)；放射性廢物處理；填補(bǔ)國內(nèi)空白

1 項(xiàng)目簡介

核電站輔助過濾器屬于核電站水過濾器的一種，主要利用機(jī)械攔截、慣性碰撞的過濾機(jī)理，從流體中去除污染物，使流體達(dá)到所需的潔凈度水平。

通過本項(xiàng)目的開發(fā)研制可以填補(bǔ)國內(nèi)產(chǎn)品和技術(shù)上的空白。

2 科學(xué)技術(shù)內(nèi)容

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1.1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)輔助過濾器安裝位置、功能等技術(shù)特性，確定了如下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

●蓋板開啟方式：利用專用工具，遠(yuǎn)距離操作齒輪箱的輸入端（蝸桿軸），可緩慢開啟或關(guān)閉蓋板。

●殼體厚度：根據(jù)GB150-2011或RCC-M 2007的不同要求，利用仿真軟件計(jì)算殼體強(qiáng)度。確定FK2041壁厚為16mm，F(xiàn)K2061壁厚為7mm，F(xiàn)K1162壁厚為10mm。

●各連接接口：進(jìn)、出口、排氣口、疏水口布局位置、結(jié)構(gòu)尺寸、與系統(tǒng)對(duì)接焊方式均按研制任務(wù)書要求設(shè)計(jì)。

●蓋板的壓緊：FK2061、FK1162的殼體采用專用緊固螺栓組件將蓋板壓緊。FK2061采用4個(gè)，F(xiàn)K1162采用6個(gè)。

●齒輪箱：因?yàn)橛凶枣i性要求，這里選用常規(guī)的蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)。

2.2.2 濾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輔助過濾器的功能主要是攔截水系統(tǒng)中的顆粒雜質(zhì)。本次研制的三臺(tái)輔助過濾器樣機(jī)過濾精度、過濾效率要求相同，可采用同種濾芯，但因通流能力不同，結(jié)構(gòu)有差異。經(jīng)過對(duì)樣機(jī)濾芯的特性研究，確定設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

●結(jié)構(gòu)差異：FK2041、FK2061的工作流量較小，濾芯設(shè)計(jì)成單體式金屬粘接結(jié)構(gòu)。FK1162的工作流量較大，濾芯設(shè)計(jì)為塑料濾棒并聯(lián)插裝在籃內(nèi)的組合式。

●濾芯強(qiáng)度：FK2041、FK2061中濾芯的骨架厚度分別為1mm、2mm。FK1162的濾芯骨架為聚丙烯材質(zhì)，其參數(shù)受模具決定。

●過濾面積：FK2041中濾芯過濾面積為1.6m2，F(xiàn)K2061為2.33m2， FK1162為21m2。

3 項(xiàng)目實(shí)施

為適應(yīng)核電站40年壽命的耐腐蝕性要求，輔助過濾器殼體材料采用316L不銹鋼材料。

根據(jù)在核電站中的產(chǎn)品裝配經(jīng)驗(yàn)，密封圈選用乙丙橡膠。

輔助過濾器濾芯的濾材選用HV公司的復(fù)合玻璃纖維濾紙。

螺紋緊固件采用不銹鋼材料，表面鈍化處理，確保使用過程中不出現(xiàn)咬合。

所有材料采購時(shí)均有合格證明材料，且入廠前進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

4 項(xiàng)目符合性驗(yàn)證

4.1 樣機(jī)試驗(yàn)

輔助過濾器樣機(jī)加工完成后，我們分別對(duì)殼體和濾芯進(jìn)行了必要試驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，具體如下：

◆外觀檢查

內(nèi)容：目視檢查輔助過濾器的外觀，應(yīng)無明顯的結(jié)構(gòu)損傷、焊接變形，表面清潔干凈，無污染物，F(xiàn)K2041、FK2061、FK1162清潔度等級(jí)分別應(yīng)符合A2、A1、B級(jí)要求，設(shè)置的標(biāo)志清晰可見。

結(jié)果：三臺(tái)樣機(jī)符合要求。

◆尺寸和公差檢查

內(nèi)容：輔助過濾器的尺寸應(yīng)滿足設(shè)計(jì)圖紙要求。

結(jié)果：分別按照殼體和濾芯圖樣要求，對(duì)實(shí)物進(jìn)行測量，均在圖紙要求范圍內(nèi)。

◆濾芯結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)

內(nèi)容：將濾芯一端堵塞，另一端與試驗(yàn)臺(tái)相連。濾芯浸入酒精槽內(nèi)，軸線與液面平行，最高點(diǎn)距液面（12±3）mm。向?yàn)V芯內(nèi)緩慢通入潔凈空氣，使壓力達(dá)到擬定試驗(yàn)壓力，同時(shí)濾芯繞軸線旋轉(zhuǎn)360°。當(dāng)濾芯表面有連續(xù)氣泡冒出時(shí)，記錄此時(shí)氣壓值（即初始冒泡點(diǎn)），結(jié)果應(yīng)不低于1.1kPa。

結(jié)果：滿足要求。

◆濾芯過濾精度試驗(yàn)

內(nèi)容：試驗(yàn)前先用液壓油測濾芯結(jié)構(gòu)完整性，記錄初始冒泡點(diǎn)。

試驗(yàn)粉塵ISO MTD，試驗(yàn)用15號(hào)航空液壓油，流量為50 L/min，極限壓降為245kPa。用10"濾芯試驗(yàn)件按GBT 18853-2002進(jìn)行多次通過法試驗(yàn)。測得結(jié)果應(yīng)滿足β5（c）≥50。

結(jié)果：實(shí)測β5（c）≥100，滿足要求。

◆濾芯流動(dòng)疲勞試驗(yàn)

內(nèi)容：用FK1162的塑料濾棒進(jìn)行試驗(yàn)。

通過添加粉塵，使濾芯試驗(yàn)件在最大流量98L/min下達(dá)到極限壓降0.25MPa，并保持流量壓降。按0-98L/min-0的循環(huán)方式，使濾芯承受3萬次1Hz頻率流量沖擊。試驗(yàn)后檢查濾芯結(jié)構(gòu)完整性及外觀，應(yīng)符合要求。

結(jié)果：試驗(yàn)后，濾芯結(jié)構(gòu)完整性合格，外觀無損壞。

◆濾芯座密封試驗(yàn)

內(nèi)容：用盲式濾芯代替濾芯，裝入殼體內(nèi)。堵住除進(jìn)、出口外的其它接口。從進(jìn)口加壓，保持0.375MPa壓力15分鐘。觀察出口，應(yīng)無泄漏發(fā)生。

結(jié)果：試驗(yàn)過程中，無泄漏。

◆水壓試驗(yàn)

內(nèi)容：封堵除進(jìn)口外的其它接口，從進(jìn)口加壓，F(xiàn)K2041、FK2061、FK1162分別在30MPa、0.9MPa、2.19MPa壓力下保持30分鐘。觀察殼體外部，應(yīng)無泄漏和永久變形。

結(jié)果：試驗(yàn)過程中，殼體外部無泄漏和永久變形。

◆流阻試驗(yàn)

內(nèi)容：將樣機(jī)連入流阻試驗(yàn)臺(tái)，分別向FK2041、FK2061通入9m3/h、7m3/h的水，流阻分別應(yīng)不大于0.04MPa、0.025MPa。

結(jié)果：符合要求。

5 創(chuàng)新性與先進(jìn)性

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

核電站輔助過濾器研制項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn)：

1）設(shè)置防卡死保持螺栓

遠(yuǎn)程操作形式的殼體，設(shè)計(jì)為防卡死保持螺栓，避免螺栓從法蘭上脫落，保證遠(yuǎn)程操作的進(jìn)行。

2）操作工具更可靠

就地操作形式的殼體，裝卸濾芯的工具一般為一個(gè)帶有卡銷的專用扳手，兩個(gè)卡銷張開后可掛住濾芯，然后將濾芯裝入殼體或從殼體取出。本項(xiàng)目中，將該操作工具設(shè)計(jì)為預(yù)張開形式，即在卡銷套筒內(nèi)設(shè)置彈簧機(jī)構(gòu)，可保持卡銷的彈性張開狀態(tài)，保證卡銷與濾芯接口接觸后的可靠掛接，避免提升或放下濾芯的過程中產(chǎn)生的震動(dòng)或磕碰，進(jìn)而導(dǎo)致濾芯從專用工具脫離、跌落。

5.2 先進(jìn)性

本項(xiàng)目研制的核電站輔助過濾器，其先進(jìn)性體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1）過濾性能優(yōu)化

在保證流通阻力等其它性能的前提下，采用過濾精度更高的濾料，使過濾器的過濾效率明顯提升。5μm精度的過濾效率達(dá)到99%以上，25μm、100μm精度達(dá)到99.9%以上，明顯優(yōu)于規(guī)格書要求的98%。

2）濾芯耐壓強(qiáng)度高

濾芯按照研制任務(wù)書要求進(jìn)行抗破裂試驗(yàn)和流動(dòng)疲勞試驗(yàn)，在額定流量下，濾芯承受0.4MPa的前后壓差，仍保持原來的使用性能，試驗(yàn)后順利通過完整性測試；在額定流量下，保證沖擊壓降值達(dá)到0.25MPa，循環(huán)沖擊3萬次后，濾芯同樣保持原有性能，也順利通過完整性測試。

6 結(jié)論

核電站輔助過濾器的成功研制，填補(bǔ)了國內(nèi)核電站輔助過濾器自主供貨的空白，使該類水過濾器的研發(fā)技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步，為我國“核電走出去”提供了新的動(dòng)力。

[責(zé)任編輯：田吉捷]