AP1000爆破閥技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)剖析

摘要：爆破閥作為AP1000項(xiàng)目中非能動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與以往閥門類型不同，其通過點(diǎn)燃閥門藥筒內(nèi)裝的火藥，驅(qū)動(dòng)閥門快速打開，保證了事故工況下非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)可靠運(yùn)行，有效降低了事故下堆內(nèi)溫度和壓力，減少了設(shè)備維修和人員輻照。

關(guān)鍵詞：爆破閥；非能動(dòng)；藥筒；鑒定試驗(yàn)；國產(chǎn)化 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM623 文章編號(hào)：1009-2374（2016）36-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.036

1 概述

AP1000壓水堆技術(shù)作為全球三代核電的先進(jìn)技術(shù)之一，具有非能動(dòng)性、模塊化、系統(tǒng)簡(jiǎn)化等特點(diǎn)。同時(shí)，AP1000與以往壓水堆相比在使用設(shè)備上同樣存在較大變化，其中爆破閥的首次使用是主要變化之一。

爆破閥是一種火工品驅(qū)動(dòng)的閥門，正常運(yùn)行時(shí)，爆破閥處于關(guān)閉狀態(tài)，密封是靠密閉的剪切蓋來保證，不存在泄漏的可能性；事故工況下動(dòng)作時(shí)，僅供一次動(dòng)作使用且動(dòng)作過程不可逆，不存在任何誤關(guān)閉的可能性。

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

AP1000爆破閥主要包括DN350和DN200兩種規(guī)格，單臺(tái)機(jī)組共12臺(tái)，其中4臺(tái)為DN350、2臺(tái)為DN200低壓、3臺(tái)為DN200高壓R（有流向要求）、3臺(tái)為DN200高壓L（有流向要求）。

爆破閥屬于A1類，抗震Ⅰ級(jí)設(shè)備，閥門組件的設(shè)計(jì)壽命為60年（墊片、彈性材料等易損件除外），藥筒驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)儲(chǔ)存壽命為4年，安裝后壽命為8年，為防止藥筒內(nèi)火藥的老化，在電廠運(yùn)行階段，每2年取爆破閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)總數(shù)的1/4進(jìn)行定期試驗(yàn)、更換。

爆破閥的基本設(shè)計(jì)功能是在電廠運(yùn)行時(shí)保證零泄漏；一旦動(dòng)作則提供要求的流量。閥門上帶1E級(jí)閥位指示器，以確定閥門全開的位置。爆破閥不要求動(dòng)作后關(guān)閉，但爆破閥在動(dòng)作后必須能修，所有爆破閥均要求保持壓力邊界完整。爆破閥必須設(shè)計(jì)成在動(dòng)作時(shí)和之后能防止飛射物的產(chǎn)生，動(dòng)作后不能阻礙流動(dòng)。最長(zhǎng)開閥時(shí)間為2s。

3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

爆破閥主要由以下部件組成，包括閥體組件、閥蓋、拉緊螺栓、活塞、緩沖裝置、位置指示裝置、剪切蓋、藥筒組件等。

藥筒驅(qū)動(dòng)裝置接收到電流信號(hào)后，通過內(nèi)部點(diǎn)火器點(diǎn)燃火藥并產(chǎn)生氣體使活塞受力，造成拉緊螺栓斷裂，活塞因此往下運(yùn)動(dòng)，并對(duì)剪切蓋端部提供作用力，使剪切蓋打開，從而保證介質(zhì)流通。

為保證動(dòng)作安全可靠，藥筒設(shè)計(jì)有冗余點(diǎn)火器，每一個(gè)點(diǎn)火器均能保證閥門及時(shí)打開，每臺(tái)DN200爆破閥有2個(gè)點(diǎn)火器，一用一備，每臺(tái)DN350爆破閥有3個(gè)點(diǎn)火器，一用兩備。同時(shí)，DN200爆破閥活塞在結(jié)構(gòu)上存在兩個(gè)腔室，這種設(shè)計(jì)保證了剪切蓋端部在閥門動(dòng)作后，隨下腔室一起運(yùn)動(dòng)到閥體下部，上腔室確保流體暢通；DN350爆破閥剪切蓋端部在打開時(shí)由夾具保持，避免了阻塞流道。

4 使用特點(diǎn)

爆破閥屬于非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)（PXS）中關(guān)鍵設(shè)備，分別用于自動(dòng)降壓系統(tǒng)（ADS）的第4級(jí)自動(dòng)降壓子系統(tǒng)、低壓安注回路和安全殼再循環(huán)回路。

自動(dòng)降壓系統(tǒng)（ADS）的第4級(jí)自動(dòng)降壓子系統(tǒng)：共2×2列，每列布置有一個(gè)DN350爆破閥，通過常開直流電動(dòng)閘閥連接到反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)RCS的熱管段；在同時(shí)滿足ADS系統(tǒng)第3級(jí)啟動(dòng)后128s和CMT低-6液位整定值這兩個(gè)要求時(shí)，每個(gè)RCS系統(tǒng)熱段的兩列ASD-4級(jí)通道各有一根管線自動(dòng)開啟，第2根管道在第1根管道啟動(dòng)60s后啟動(dòng)，打開后介質(zhì)直接排到SG隔間，排放點(diǎn)標(biāo)高高于最大安全殼淹沒水位。

低壓安注回路：共2×2列，每列布置1臺(tái)DN200高壓爆破閥。當(dāng)?shù)?級(jí)ADS啟用后，低壓安注管線上的爆破閥打開，當(dāng)主系統(tǒng)壓力降低至IRWST安注壓力以下時(shí)，與爆破閥串聯(lián)的止回閥打開（該止回閥屬低壓差開啟止回閥并應(yīng)盡可能小的流阻），安全殼內(nèi)置換料水箱（IRWST）的水靠重力通過并聯(lián)兩路爆破閥和止回閥向反應(yīng)堆堆芯注水。

安全殼再循環(huán)：共2×2列，并聯(lián)兩路中一列為DN200低壓爆破閥和常開直流電動(dòng)閥，一列為DN200高壓爆破閥和止回閥，實(shí)現(xiàn)安全殼再循環(huán)和對(duì)堆芯的長(zhǎng)期冷卻；當(dāng)安注箱、堆芯補(bǔ)水箱CMT、IRWST注水完成后，安全殼內(nèi)水淹到相當(dāng)高的水位，可通過重力向堆芯注水建立再循環(huán)，再循環(huán)管線上的閥門打開，啟動(dòng)安全殼再循環(huán)冷卻。當(dāng)IRWST水位降到足夠低時(shí)，安全殼再循環(huán)爆破閥打開，為安全殼向反應(yīng)堆注入提供冗余通道。

5 鑒定特點(diǎn)

爆破閥的鑒定，以《AP1000安全級(jí)閥門設(shè)備鑒定方法及文件要求》（APP-GW-VP-010）為指導(dǎo)，參考ASME、IEEE、MIL等規(guī)范要求，共分為5大部分：（1）閥門本體的QME-1鑒定：包括浸沒試驗(yàn)、泄漏試驗(yàn)、抗震試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、流量試驗(yàn)、試驗(yàn)后檢查；（2）補(bǔ)充抗震試驗(yàn)：主要是對(duì)沒有被ASME QME-1和IEEE標(biāo)準(zhǔn)覆蓋的拉緊螺栓和閥門位置指示器進(jìn)行該試驗(yàn)；（3）藥筒執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電氣接插件的IEEE鑒定：主要包括輻照老化、熱循環(huán)、熱老化、連接/斷開機(jī)械循環(huán)、振動(dòng)老化、抗震試驗(yàn)、壓力循環(huán)、LOCA、浸沒、功能試驗(yàn)、試驗(yàn)后檢查；（4）電氣件的EMI電磁干擾試驗(yàn)：主要是對(duì)點(diǎn)火器、接插件、位置指示器進(jìn)行試驗(yàn)，包括電纜束注入傳到敏感度試驗(yàn)、電纜束注入脈沖激勵(lì)傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)、阻尼正弦順變傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)、磁場(chǎng)輻射發(fā)射傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)、電場(chǎng)輻射發(fā)射傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)。

6 國產(chǎn)化風(fēng)險(xiǎn)

目前AP1000示范項(xiàng)目的爆破閥由美國SPX公司供貨。通過技術(shù)引進(jìn)，后續(xù)國內(nèi)AP1000項(xiàng)目將由國內(nèi)制造廠負(fù)責(zé)爆破閥設(shè)計(jì)和制造?，F(xiàn)階段國內(nèi)已有3家制造企業(yè)開展爆破閥試制。

考慮到SPX在向示范項(xiàng)目供貨期間存在一些問題，造成爆破閥有較長(zhǎng)時(shí)間的延誤，在后續(xù)項(xiàng)目國產(chǎn)化過程中，需要在以下方面給予關(guān)注：（1）首次制造風(fēng)險(xiǎn)：由于國內(nèi)制造廠首次制造爆破閥，同時(shí)配套藥筒裝置也是國內(nèi)首次設(shè)計(jì)，制造過程中如剪切蓋的設(shè)計(jì)制造、活塞和閥體中腔的間隙、拉緊螺栓削弱槽直徑、剪切蓋剪切處壁厚和能量吸收裝置等關(guān)鍵參數(shù)的敏感性分析，對(duì)國內(nèi)制造企業(yè)存在一定挑戰(zhàn)；（2）設(shè)備鑒定風(fēng)險(xiǎn)：SPX從2012年開始爆破閥鑒定試驗(yàn)，期間經(jīng)歷了浸沒泄漏、藥筒啞火、接插件支架破裂等事故，最終于2015年6月全部通過。設(shè)備國產(chǎn)化后在鑒定試驗(yàn)時(shí)雖可能避免了類似問題，但試驗(yàn)過程中出現(xiàn)失效問題的風(fēng)險(xiǎn)仍比較大，且目前國內(nèi)制造廠均選擇上海成套院進(jìn)行鑒定試驗(yàn)，鑒定進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)較大，而設(shè)備相應(yīng)電氣接插件、限位開關(guān)等部件仍為進(jìn)口，能否獲得部件的鑒定資料仍未可知。

7 結(jié)語

爆破閥整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速可靠，確保了運(yùn)行過程中零泄漏，減少了設(shè)備維修和相關(guān)人員的輻照劑量，是AP1000技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備之一。在后續(xù)國產(chǎn)化過程中，作為業(yè)主應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)備整體過程進(jìn)行跟蹤和監(jiān)督，確保設(shè)備制造質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)叹暯?jīng)（1982-），男，中核集團(tuán)三門核電有限公司機(jī)械采購工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)備管理和設(shè)備監(jiān)造。

（責(zé)任編輯：蔣建華）