核電閥門鑒定標準的探討

鄧鵬飛

上海電氣凱士比核電泵閥有限公司 上海 201306

1 鑒定標準分析

目前國內核電閥門設備的鑒定原則一般要求遵循標準ASMEQME-12007，主要鑒定部分涉及到ASMEQR-A卷機械設備動態鑒定和QV卷核電廠能動閥組件的功能鑒定要求。同時具體鑒定的實施參考行業的鑒定實踐（如法國EDF的鑒定實踐經驗和中國能源行業標準NB-T20036.6-2011核電廠能動機械設備鑒定-第6部分-閥門組件鑒定等）。除此之外，閥門的非金屬件應采用試驗、分析和/或兩者相結合的方法按ASMEQME-1附錄QR-B的要求進行環境和輻照鑒定。閥門的主要附件的鑒定，包括電動執行機構、氣動執行機構及電氣附件等，應遵照閥門專用技術規范書中具體要求。

依據ASMEQV-5000，閥門功能鑒定包括內容為：①閥門密封性能。②冷態循環試驗。③熱態循環試驗。④端部加載試驗。⑤振動試驗。⑥流體阻斷試驗。⑦結構材料充分適應環境和老化試驗[1]。

ASMEQVP-7320規定了閥門鑒定試驗順序為：①試驗前的檢查。②基本頻率的確定。③環境和老化模擬及中間檢查。④循環試驗及中間檢查。⑤端部載荷試驗及中間檢查。⑥振動試驗及中間檢查。⑦流體阻斷試驗。⑧試驗后檢查。

2 球閥鑒定試驗

2.1 試驗要求

鑒定試驗又稱原型試驗。為確定產品滿足設計要求，可選擇有代表性的產品進行鑒定試驗。鑒定試驗不同于出廠試驗，前者針對樣機進行的試驗，后者是每件產品出廠前需進行的試驗。電動球閥在系統管路上起到介質隔離的作用。其電傳動裝置是球閥的驅動機構，球逆時針旋轉90°開閥，順時針旋轉90°關閥。當閥門關閉時，介質力作用在密封座組件上，使閥座與球體接觸，產生接觸應力，獲得有效密封[2]。

2.2 試驗分析

電動球閥的鑒定項目有試驗前檢查（殼體強度試驗、閥瓣強度試驗、閥座密封試驗）,環境與老化模擬，冷、熱循環試驗、端部加載試驗、振動試驗（基頻測定，振動老化，抗震試驗）、流體阻斷試驗和LOCA事故環境條件下整機性能試驗。殼體強度試驗、閥瓣強度試驗和閥座密封試驗均屬于閥門性能試驗。環境與老化模擬,冷、熱循環試驗、端部加載試驗、振動試驗、流體阻斷試驗和LOCA試驗用來檢測閥門在正常工況及事故工況下的機械壽命、疲勞壽命和瞬態的要求。

殼體強度驗、閥瓣強度試、閥瓣密封性試驗合格后，對閥門外觀進行檢查，要求承壓件無變形及無外密封泄漏。

環境與老化模擬。承壓邊界及傳遞載荷金屬部件，應考慮與腐蝕、沖蝕及疲勞等有關的老化?；竟δ軉卧乃芰虾拖鹉z，應暴露在要求的最大程度的輻照和熱老化環境中進行鑒定。

循環試驗密在封性試驗完成后，在其回路中進行，按照介質流向安裝閥門，閥門啟閉2000次（冷態1500次+熱態500次，可根據規范書要求具體調整，冷態為常溫，熱態為工況溫度，回路中保證一定的試驗壓力）每循環500次進行一次密封檢查。密封試驗合格后進行熱態試驗。冷、熱態循環試驗應穿插進行[3]。每次密封試驗后，采用正常驅動力、最大驅動力及最小驅動力下的電壓啟閉閥門各3次。

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

振動試驗包含振動老化試驗和抗震試驗。振動老化用于證明振動環境對閥門組件的影響。這一試驗產生一個任意但合理的振動條件代表核電廠正常運行的振動條件。在抗震鑒定時，首先應確定閥門組件的一階固有頻率。規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。對于剛性閥門組件，可采用靜態加載法；對于柔性閥門組件，則必須采用動態試驗法。對于公稱通徑小于等于100mm的帶執行機構的閥門，不宜采用靜態加載法，須采用動態試驗法。

流體阻斷試驗。對于動力驅動閥門，流體阻斷試驗目的在于驗證在大流量條件下，閥門組件克服流體動態而開啟和關閉的能力。試驗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。試驗前關閉閥門，克服全入口壓力開啟閥門，開始試驗。開啟建立起流量條件后，重新關閉閥門。

LOCA試驗裝置包含試驗壓力容器、蒸汽供應系統、安全釋放系統、測控系統等組成。試驗壓力容器容積3m3內外設置電熱元件，容器上布置有蒸汽注入口、氮氣注入口、噴淋注入口、安全釋放、溫度及壓力測量等。

所有鑒定試驗完成后，電動球閥外觀完整，無裂縫變形。接通電源后電動球閥開啟關閉正常，動作靈活，無卡滯和異響。試驗后，拆開樣機并對零部件進行清洗，實測閥體、閥瓣、中法蘭螺栓等零件尺寸和磨損量。

2.3 參數校核

閥門初期設計階段需要完成計算書，包括承壓件的結構和承壓件受力計算，然后根據采購方技術要求，按照相關標準對核安全級設備進行強度的分析和校核，應考慮自重、內壓、管道端部載荷和地震載荷對承壓件及關鍵件的作用。根據計算數值校對試驗后重要件尺寸。

3 結語

核電作為一種清潔能源，已成為國家能源電力戰略的重要組成部分。在我國核電大力發展的情況下，迫切需要盡快建立適應我國核電建設要求的核電標準體系。根據電動球閥的鑒定試驗示例，可列舉出主要鑒定試驗項目。不同的閥門種類及結構都會相應的差異，需根據實際情況增減鑒定項目和調整鑒定要求。通過對電動球閥的鑒定試驗梳理，可以對其他閥類起到借鑒的作用。