核电阀门概述 — 【中阀小课堂】 NO.00986

导 言

在核电站的设备中，阀门虽然只是配件，但是它的作用却不容忽视，因为阀门对核电站的正常、安全和可靠运行具有极为重要的作用。由于在核电站内阀门的使用量大面广，可以说几乎电站的每一个系统都离不了阀门，以一座有两套百万千瓦级机组规模的压水堆型核电站为例，阀门用量就需约3万台。虽然阀门的投资额占核电站总投资额的2%左右，而每年电站花费在阀门上的维修费用却要占维修总额的一半以上。其中一些重要的阀门产品，如主蒸汽隔离阀、稳压器安全阀和主蒸汽安全阀等也都是核电站中的十分关键的设备。还有不少应用在一回路系统各种核级阀门都直接关系到核电站的正常和安全运行，同样不允许出现任何差错。根据国际原子能组织(IAEA)核电站事故案例反映，因阀门故障和失效造成的停机或停堆事故，甚至核泄漏占的比重不小，因此必须引起阀门行业足够的重视。

1、核电阀门的定义

核电阀门是指在核电站中核岛NI、常规岛CI和电站辅助设施BOP系统中使用的阀门。从安全级别上分为核安全Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、非核级。其中核安全Ⅰ级要求最高。核电阀门在核电站中是使用数量较多的介质输送控制设备，是核电站安全运行中的必不可少的重要组成部分。

2、阀门在核电站中的重要性

在核电站的设备中阀门虽然只是配件，但是它的作用却不容忽视，因为阀门对核电站的正常、安全和可靠运行具有极为重要的作用。由于在核电站内阀门的使用量大面广，可以说几乎电站的每一个系统都离不了阀门，以一座有两套百万千瓦级机组规模的压水堆型核电站为例，阀门用量就需约3万台。虽然阀门的投资额占核电站总投资额的2%左右，而每年电站花费在阀门上的维修费用却要占维修总额的一半以上。其中一些重要的阀门产品，如主蒸汽隔离阀、稳压器安全阀和主蒸汽安全阀等也都属于核电站中的十分关键的设备。还有不少应用在一回路系统各种核级阀门都直接关系到核电站的正常和安全运行，同样不允许出现任何差错。根据国际原子能组织(IAEA)核电站事故案例反映，因阀门故障和失效造成的停机或停堆事故，甚至核泄漏占的比重不小，因此必须引起阀门行业足够的重视。

3、技术要求

与常规的大型火力发电站用阀门相比较，虽然在压力和温度 等参数上压水堆型的核电站阀门较低些，但核电站用阀门却有更高的技术特点和要求。

3.1 强度和刚度

在设计上首先应考虑阀门的主要部件能承受持久的或瞬时的压力和温度交变下的各种载荷的作用力，而不应出现明显的弹塑性变形。除常规的强度计算外还应采用有限元应力分析和抗震计算分析等方法来确保阀门产品的可靠性。

3.2 密封性

由于核反应堆的一回路系统的输送介质大多带有放射性，因此不允许有任何外泄漏发生，必须在阀门的结构设计、密封件(波纹管、膜片、填料和垫片等)的选用、材料和成品的质量检测控制等方面，采取严格有效的措施来保证。阀体与管道的连接也大多采用对接或承插焊接。

3.3 使用寿命

由于核电站建设的投资大，成本回收期长，如停工一天造成的经济损失约合人民币上千万元。因此阀门符合设计规范，以尽量减少维修次数和缩短维修周期。一般规定要求使用寿期为30~40年。为此，应按照给定的概率，来验证阀门具备完成规定工作循环的能力。

3.4 清洁度

核反应堆一回路系统内输送的介质为高纯度的硼化水，因此对与介质接触的相关部件不仅要有清洁度要求，而且内腔各接触介质的零部件表面要光滑，金属表面粗糙度Ra<6.3μm。所有与阀门接触的人体、物体、装备工具和介质等都必须符合相关清洁规程的要求。

3.5 安全可靠性

阀门需要在各种设计工况(包括正常、异常、危急和事故)下可靠的使用，甚至在遭受地震灾害或LOCA失水事故等情况下都能保持阀门设备的完整性和可操作性。因此样机必须经受各种模拟工况的试验检验。

3.6 材料性能

选用的材料必须具有良好的耐蚀性、抗辐照、抗冲击和抗晶间腐蚀，因此在一些主系统中均采用低碳甚至超低碳奥氏体型不锈钢作主体材料，并选用一些强度、韧性和耐温、耐压、抗冲蚀，抗擦伤等性能优越的合金材料来做阀杆或密封面等零件。应按要求进行各项理化性能和无损探伤检验。填料和垫片等非金属密封材料中的氯、氟和硫离子的含量都应严格控制，各项数据都应低于规范规定的指标，以保证对金属基体不造成腐蚀损伤。

3.7 控制装置

用于事故状态下工作的核电站阀门，应对系统起到安全保护和事故应急处理的作用。对于这些阀门来说动作的及时和准确十分重要，不论是及时而不准确或是准确而不及时都不能满足保护核电站的需要。如主蒸汽隔离阀按要求打开的时间仅为几秒钟，如果动作不及时或误动作都将导致严重的后果。因此，阀门驱动装置的性能和质量非常重要和关键。

3.8 相关规范

从事核电站阀门设计和制造的人员，必须首先熟悉并掌握国家颁发的一整套核安全法规和条例中的相关规定，向主管部门和国家核安全局同时提出申请，经上级有关方审查和核准后颁发相关活动的许可证后才可开展工作。在实践中要认真执行我国和国际上一些公认的法规和标准，如核安全法规HAF、核安全导则HAD，核行业标准EJ、美国机械工程师学会标准ASME、美国电气与电子工程师学会标准IEEE及法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则RCC~M等规范文件。企业标准必须以保证达到上述各种法规和规范为前提，以确保生产的核级产品符合公认的规定要求。

3.9 质量控制

核电站阀门的生产企业必须建立完善的质量保证体系，编制相应的质保大纲和控制质量的相关程序和文件。在日常活动中严格认真地按照大纲、程序和文件要求办事，每一步骤都做到有章可依，有据可查，并接受国家核安全局和相关方对活动的随时监督和检查。出现重大质量情况或不符合项时活动方无权私自处理，必须报请相关方审议确定。

3.10 文档资料

产品从立项开始到出厂验收过程，应建立完整的档案，包括技术规格书、设计图纸、计算书(包括应力和抗震分析等)、工艺规范、关键工艺评定、质量计划、跟踪记录、各种材料理化性能和无损检测报告、功能性试验报告、使用维修手册和制造完工报告等各种文件资料提供归档。

3.11 核电站一回路阀门的特殊要求

由于一回路的介质，技术参数、环境条件对阀门的安全可靠性要求等均不同于常规电站，因此除了一般要求外，还有如下特殊要求：

1）抗辐照要求

核电站阀门辐照累剂量为1200000GY，因此阀门选用的材料除了满足工作介质外，还应耐辐照，即材料受辐照后其使用性能不改变；不活化，即材料的半衰期要短，半衰期长的材料如铜、钴等尽量少用，甚至不用。国外准备用镍基合金，目前我国也准备使用。

2）密封要求

由于介质是带有放射性的含硼水，因此要求阀门密封性好，无外漏，法兰密封应安全可靠，为了保证阀杆无外漏，结构上应采用波纹管和中间引漏。为了便于清洗要求阀门内外表面有一定的表面粗糙度，阀体内应尽量避免死角，防止沉积放射性颗粒。

3）填料、垫片要求

由于一回路的水质要求，不锈钢设备的要求。特别是薄壁设备如燃料元件包壳，蒸发管子、波纹管，被氯离子破坏的水质会引起不锈钢设备的点腐蚀。因此要求阀门选用的填料，垫片的氯离子含量应小于100ppm，且不含有卤素。

4）禁用材料

由于事故而产生的安全壳内安全喷淋液中有NaOH和硼，因此阀门一般严禁使用铝和锌或镀锌，如果要用必须征得总体设计的同意。阀门不得选用低熔点材料如锡、铅等，与介质接触的表面禁电镀和氮化。

5）LOCA要求

装于安全壳内的阀门应满足LOCA要求，即在失水事故状态下阀门仍能动作，这就要求阀门选用的电动装置、仪器、仪表及其他附件，均应通过LOCA试验。

6）结构要求

由于阀门的介质具有放射性，所处的环境又有一定的辐照剂量，因此要求拆装维修阀门的速度要快，故要求阀门有结构简单，装拆维修容易等特点。

阀体流道设计应流畅，尽量减少或避免产生死角。表面光洁平滑，便于清洗，冲洗。

7）安全可靠的要求

阀门在核电站运行中，起着十分重要的作用，阀门性能的好坏，会直接影响到核电站的安全，因此核电站要求阀门的性能必须安全可靠。为了达到这一目的，要求制造厂在为核电站正式提供产品前，必须选择典型的具有代表性的阀门做样机。样机必须经受一系列的型式试验，如冷态性能试验、热态模拟工况试验、寿命试验、地震试验、LOCA试验等，以验证阀门性能的安全可靠性。

8）抗震要求

核电站要求核级阀门在电站遭受地震期间或地震后，阀门能继续保持阀门结构和承压边界的完整性，及良好的工作特性。