核電閥門鑒定標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)分析

目前國內(nèi)核電閥門設(shè)備的鑒定原則一般要求遵循標(biāo)準(zhǔn)ASMEQME-12007，主要鑒定部分涉及到ASMEQR-A卷機(jī)械設(shè)備動態(tài)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(shí)施參考行業(yè)的鑒定實(shí)踐（如法國EDF的鑒定實(shí)踐經(jīng)驗和中國能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB-T20036.6-2011核電廠能動機(jī)械設(shè)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(yīng)采用試驗、分析和/或兩者相結(jié)合的方法按ASMEQME-1附錄QR-B的要求進(jìn)行環(huán)境和輻照鑒定。閥門的主要附件的鑒定，包括電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)及電氣附件等，應(yīng)遵照閥門專用技術(shù)規(guī)范書中具體要求。

依據(jù)ASMEQV-5000，閥門功能鑒定包括內(nèi)容為：①閥門密封性能。②冷態(tài)循環(huán)試驗。③熱態(tài)循環(huán)試驗。④端部加載試驗。⑤振動試驗。⑥流體阻斷試驗。⑦結(jié)構(gòu)材料充分適應(yīng)環(huán)境和老化試驗[1]。

ASMEQVP-7320規(guī)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(huán)境和老化模擬及中間檢查。④循環(huán)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(chǎn)品滿足設(shè)計要求，可選擇有代表性的產(chǎn)品進(jìn)行鑒定試驗。鑒定試驗不同于出廠試驗，前者針對樣機(jī)進(jìn)行的試驗，后者是每件產(chǎn)品出廠前需進(jìn)行的試驗。電動球閥在系統(tǒng)管路上起到介質(zhì)隔離的作用。其電傳動裝置是球閥的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，球逆時針旋轉(zhuǎn)90°開閥，順時針旋轉(zhuǎn)90°關(guān)閥。當(dāng)閥門關(guān)閉時，介質(zhì)力作用在密封座組件上，使閥座與球體接觸，產(chǎn)生接觸應(yīng)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(qiáng)度試驗、閥瓣強(qiáng)度試驗、閥座密封試驗）,環(huán)境與老化模擬，冷、熱循環(huán)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(huán)境條件下整機(jī)性能試驗。殼體強(qiáng)度試驗、閥瓣強(qiáng)度試驗和閥座密封試驗均屬于閥門性能試驗。環(huán)境與老化模擬,冷、熱循環(huán)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(jī)械壽命、疲勞壽命和瞬態(tài)的要求。

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

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

循環(huán)試驗密在封性試驗完成后，在其回路中進(jìn)行，按照介質(zhì)流向安裝閥門，閥門啟閉2000次（冷態(tài)1500次+熱態(tài)500次，可根據(jù)規(guī)范書要求具體調(diào)整，冷態(tài)為常溫，熱態(tài)為工況溫度，回路中保證一定的試驗壓力）每循環(huán)500次進(jìn)行一次密封檢查。密封試驗合格后進(jìn)行熱態(tài)試驗。冷、熱態(tài)循環(huán)試驗應(yīng)穿插進(jìn)行[3]。每次密封試驗后，采用正常驅(qū)動力、最大驅(qū)動力及最小驅(qū)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(nèi)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(huán)境對閥門組件的影響。這一試驗產(chǎn)生一個任意但合理的振動條件代表核電廠正常運(yùn)行的振動條件。在抗震鑒定時，首先應(yīng)確定閥門組件的一階固有頻率。規(guī)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(tài)加載法；對于柔性閥門組件，則必須采用動態(tài)試驗法。對于公稱通徑小于等于100mm的帶執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門，不宜采用靜態(tài)加載法，須采用動態(tài)試驗法。

流體阻斷試驗。對于動力驅(qū)動閥門，流體阻斷試驗?zāi)康脑谟隍炞C在大流量條件下，閥門組件克服流體動態(tài)而開啟和關(guān)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(guān)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(guān)閉閥門。

LOCA試驗裝置包含試驗壓力容器、蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)、安全釋放系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等組成。試驗壓力容器容積3m3內(nèi)外設(shè)置電熱元件，容器上布置有蒸汽注入口、氮?dú)庾⑷肟凇娏茏⑷肟?、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(guān)閉正常，動作靈活，無卡滯和異響。試驗后，拆開樣機(jī)并對零部件進(jìn)行清洗，實(shí)測閥體、閥瓣、中法蘭螺栓等零件尺寸和磨損量。

2.3 參數(shù)校核

閥門初期設(shè)計階段需要完成計算書，包括承壓件的結(jié)構(gòu)和承壓件受力計算，然后根據(jù)采購方技術(shù)要求，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對核安全級設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度的分析和校核，應(yīng)考慮自重、內(nèi)壓、管道端部載荷和地震載荷對承壓件及關(guān)鍵件的作用。根據(jù)計算數(shù)值校對試驗后重要件尺寸。

3 結(jié)語

核電作為一種清潔能源，已成為國家能源電力戰(zhàn)略的重要組成部分。在我國核電大力發(fā)展的情況下，迫切需要盡快建立適應(yīng)我國核電建設(shè)要求的核電標(biāo)準(zhǔn)體系。根據(jù)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(jié)構(gòu)都會相應(yīng)的差異，需根據(jù)實(shí)際情況增減鑒定項目和調(diào)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。