華龍一號后續機型穩壓器安全閥改進分析研究

韓 冰 王保平 李耀武

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

0 概述

穩壓器安全閥是反應堆冷卻劑系統的超壓保護設備，當系統發生異常狀況，壓力上升到穩壓器安全閥的開啟壓力整定值時，穩壓器安全閥自動開啟，排放穩壓器上部蒸汽，以使系統卸壓，從而對反應堆冷卻劑系統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，反應堆冷卻劑系統主設備的設計壽命均為60年，而穩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機型研發的一項重要改進，堆芯功率的提升會導致穩壓器安全閥的排量增加。因此，有必要對穩壓器安全閥在華龍后續工程中的設計提出改進分析。

本文針對穩壓器安全閥在華龍后續工程中的設計改進進行了分析和研究。

1 華龍一號穩壓器安全閥

1.1 設備描述

華龍一號穩壓器安全閥采用先導式安全閥，每臺穩壓器安全閥包括一臺主閥和兩臺先導閥。其中主閥由串聯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動，先導閥可通過電信號或穩壓器內的液壓進行驅動。保護閥和隔離閥配備位置指示器，用以指示閥位信息。

圖1 穩壓器安全閥結構圖

1.2 設計要求

華龍一號穩壓器安全閥設計要求如下：

-安全等級：1

-規范等級：1

-抗震等級：1A

-質保等級：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：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，此前國內外供貨商均不能提供滿足華龍一號設計要求的穩壓器安全閥，因此對該項目的穩壓器安全閥進行了重新鑒定。鑒定流程見圖2。

經過鑒定，該穩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 華龍一號穩壓器安全閥鑒定流程

2 華龍一號后續機型穩壓器安全閥

2.1 設計要求

華龍一號后續機型穩壓器安全閥的設計要求與華龍一號穩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。穩壓器安全閥喉徑和行程見圖3和圖4。

圖3 華龍一號穩壓器安全閥喉徑

圖4 華龍一號穩壓器安全閥行程

表1 華龍一號與其后續機型穩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。經過安全分析，新的開啟/關閉時間滿足系統設計要求。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。

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。在華龍一號后續機型設計過程中，針對堆芯功率提升和閥門現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，提高穩壓器安全閥與新機型的匹配度。