軸流式止回閥在核電站的應(yīng)用淺談

王啟元+李林

【摘 要】簡(jiǎn)要介紹了核電站常用的幾種止回閥，并列舉了軸流式止回閥的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)分析核電站使用的圓盤(pán)型結(jié)構(gòu)軸流止回閥基本設(shè)計(jì)參數(shù)，以及國(guó)內(nèi)外軸流式止回閥的生產(chǎn)能力，提出了核電站軸流止回閥的國(guó)產(chǎn)化的可能。

【關(guān)鍵詞】軸流式止回閥；圓盤(pán)型結(jié)構(gòu)；國(guó)產(chǎn)化

【Abstract】Several kinds of frequently-used check valve are introduced briefly，and the advantages of nozzle check valve are quoted. Combining the analysis on the basic parameters designed for the solid-disc structure nozzle check valves used in nuclear power plants and the facts of domestic and abroad nozzle check valve production capacities，the possibility of nozzle check valves localization for nuclear power plant is included

【Key words】Nozzle check valve； Solid-disc structure；Localization

0 前言

1935年，軸流止回閥問(wèn)世。1954年，前蘇聯(lián)建成奧勃靈斯克核電站。1972年，軸流式止回閥被首次應(yīng)用在某歐洲核電站中，替代了主給水止回閥（旋啟式）。

AP1000核電作為嶄新的第三代核電技術(shù)，從設(shè)計(jì)上再次引入了廣泛使用在石油化工行業(yè)的特殊型止回閥——軸流式止回閥。

1 核電站常用止回閥的幾種形式

核電站常用的止回閥主要有以下三種形式：

1.1 旋啟式止回閥

1.1.1 設(shè)有鉸鏈機(jī)構(gòu)，閥瓣與鉸鏈機(jī)構(gòu)有足夠的旋啟空間，閥瓣相對(duì)鉸鏈機(jī)構(gòu)不能轉(zhuǎn)動(dòng)；

1.1.2 依重心旋轉(zhuǎn)：閥瓣靠重力回位至關(guān)閉位置，低壓的密封較差。

1.2 升降式止回閥

沿軸線移動(dòng)：流體使閥瓣從閥座密封面上抬起，介質(zhì)回流導(dǎo)致閥瓣回落到閥座上，流阻較大。

1.3 蝶式止回閥

1.3.1 閥瓣為2個(gè)半圓蝶板，采用彈簧強(qiáng)制復(fù)位；

1.3.2 沿中心旋轉(zhuǎn)：流體壓力克服彈簧力使閥瓣從閥座密封面上抬起，介質(zhì)回流時(shí)依靠彈簧和閥瓣的自重（垂直安裝）使閥瓣回落到閥座上，密封較差。

2 軸流式止回閥的特點(diǎn)及核電應(yīng)用

2.1 軸流式止回閥的特點(diǎn)

2.1.1 軸流式止回閥的型式

軸流式止回閥根據(jù)其閥瓣結(jié)構(gòu)形式的不同可分為圓盤(pán)型（solid-disc）、環(huán)盤(pán)型（ring-disc）和套筒型等，應(yīng)用較多的是圓盤(pán)型和環(huán)盤(pán)型兩種。

（1）圓盤(pán)型結(jié)構(gòu)又分為懸臂式以及雙支承式：

懸臂圓盤(pán)型（見(jiàn)圖4）軸流式止回閥對(duì)閥軸和軸套的設(shè)計(jì)、制造精度要求高。由于運(yùn)動(dòng)的閥芯是懸臂結(jié)構(gòu)，如閥軸與導(dǎo)向套存在偏心則易卡阻。

雙支承的閥芯結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖5），避免了懸臂結(jié)構(gòu)的偏心現(xiàn)象，具有良好的對(duì)中性，閥芯動(dòng)作平穩(wěn)，但閥軸與其支撐軸套存在一定的磨損[1]。

（2）環(huán)盤(pán)型結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖6）避免了圓盤(pán)型閥軸偏心的缺點(diǎn)，閥芯輕便靈活，運(yùn)行無(wú)磨損卡阻，但環(huán)形閥芯的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流體阻力略大，且不易密封[2]。

（3）套筒型結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖7）閥瓣質(zhì)量輕，動(dòng)作靈敏，行程較短，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度短，可低壓密封和低壓開(kāi)啟，關(guān)閉無(wú)沖擊、噪聲，彈簧不直接與介質(zhì)接觸，因而壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)為有兩個(gè)密封副，給加工、研磨和維修增加了困難，同時(shí)有一定的壓力損失[3]。

2.1.2 軸流式止回閥的原理

閥前介質(zhì)流動(dòng)到閥瓣處，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能對(duì)閥瓣形成靜壓，當(dāng)入口靜壓大于彈簧彈力與出口端壓力的總和時(shí)，介質(zhì)推動(dòng)閥瓣壓縮彈簧，閥門(mén)開(kāi)啟。隨著閥前介質(zhì)流量的減小，閥前的介質(zhì)壓力不足以克服彈簧彈力與閥后介質(zhì)背壓的和力時(shí)，閥瓣將恢復(fù)至原位，止回閥關(guān)閉，并阻止介質(zhì)回流[4]。

2.1.3 軸流式止回閥的優(yōu)勢(shì)

（1）啟閉迅速

軸流式止回閥與旋啟式、對(duì)夾式止回閥相比行程短，特別是大口徑閥的相對(duì)行程更短，可以實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉。

（2）密封性能較好

輕質(zhì)量、低慣性的閥瓣經(jīng)過(guò)短行程關(guān)閉后對(duì)閥座的沖擊力小，可有效減少閥座密封面因破壞而導(dǎo)致的泄漏。

（3）流體阻力小

軸流式止回閥采用文丘里式的閥門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，流體流經(jīng)閥門(mén)時(shí)，漸縮和漸擴(kuò)的流道可保證流體處于層流狀態(tài)，減少流體壓力損失，從而使得閥門(mén)的流阻系數(shù)小。

（4）震動(dòng)小、噪音低、防水錘

閥瓣關(guān)閉時(shí)介質(zhì)的倒流速度小，彈簧復(fù)位使得閥門(mén)啟閉無(wú)撞擊，從而減少了機(jī)械震動(dòng)、噪聲及水錘的發(fā)生。

2.2 軸流式止回閥的核電應(yīng)用

軸流式止回閥目前主要應(yīng)用在石油/天然氣運(yùn)輸?shù)然は嚓P(guān)領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)（AP1000）核電站單機(jī)組中有12臺(tái)核級(jí)止回閥采用了軸流式（AP1000的核級(jí)止回閥共有54臺(tái)/機(jī)組），且均為懸臂式圓盤(pán)型結(jié)構(gòu)。

其中，核一級(jí)的參數(shù)要求較高：

核級(jí)閥門(mén)制造前需依照AEMEQME-1-2007的QV-7000相關(guān)要求進(jìn)行閥門(mén)質(zhì)量鑒定。通常核級(jí)設(shè)備的質(zhì)量鑒定次序?yàn)椋豪匣b定試驗(yàn)（熱老化、輻照老化、振動(dòng)老化等）、抗震鑒定試驗(yàn)、LOCA環(huán)境鑒定試驗(yàn)。上述鑒定試驗(yàn)須在同一試驗(yàn)件上順序進(jìn)行。

3 國(guó)內(nèi)外軸流式止回閥的生產(chǎn)能力

軸流式止回閥主要以進(jìn)口為主，最大口徑可達(dá)60"以上。比較知名的品牌如Mokveld（荷蘭）、Goodwin（英國(guó)）、Noreva（德國(guó)）、Enertech（美國(guó)）以及Crane（美國(guó)）等。

據(jù)稱(chēng)，在油氣集輸管網(wǎng)、石化等管道上的止回裝置應(yīng)用中，16"以下的小口徑閥已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)。國(guó)內(nèi)有三家閥門(mén)廠在做軸流式止回閥的研發(fā)：自貢新地佩爾、蘇州鈕威和重慶科特。從實(shí)際使用情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)廠家已經(jīng)基本具備了與國(guó)外廠家一較高下的能力[5]。

對(duì)于AP1000核電站采用的核級(jí)軸流止回閥，目前國(guó)內(nèi)廠家尚無(wú)相關(guān)設(shè)計(jì)、制造資質(zhì)，仍需進(jìn)口。

4 總結(jié)

軸流式止回閥在我國(guó)核電站中屬于首次使用，AP1000的樣板項(xiàng)目選擇了進(jìn)口Enertech，但在供貨過(guò)程中也出現(xiàn)過(guò)延期。如后續(xù)核電在常規(guī)島的止回閥設(shè)計(jì)中能考慮逐步引入軸流式止回閥，將極大促進(jìn)國(guó)內(nèi)廠家的參與。在減小大口徑止回閥水錘效應(yīng)的同時(shí)，對(duì)核級(jí)軸流止回閥的國(guó)產(chǎn)化也起到積極作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李科.長(zhǎng)輸管線軸流式止回閥的選用與分析[J].閥門(mén)，2015（4）：31-32.

[2]彭林，宋忠榮.軸流式止回閥的密封試驗(yàn)[J].閥門(mén)，2012（3）：15-16.

[3]李學(xué)飛.軸流式止回閥閥瓣結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J].閥門(mén)，2011（2）：5-7.

[4]張寶江.軸流式止回閥的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)計(jì)，2011，28（2）：45-46.

[5]趙春磊.軸流式止回閥在長(zhǎng)輸管線上的應(yīng)用及國(guó)產(chǎn)化情況[J].通用機(jī)械，2015（4）：50-54.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]