為實(shí)現(xiàn)核電氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)優(yōu)化及其國(guó)產(chǎn)化，對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在核電站中的選型原則和選型的特殊性進(jìn)行了分析，并結(jié)合以往工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)反饋情況，討論了目前國(guó)內(nèi)核電機(jī)組選型中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。最后，對(duì)核級(jí)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥國(guó)產(chǎn)化的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析與展望。這為自控設(shè)計(jì)人員進(jìn)行核電氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥選型和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化工作提供了參考。

　　作為過(guò)程控制工業(yè)中最常用的終端控制元件，調(diào)節(jié)閥在過(guò)程控制中起著極為重要的作用。它用來(lái)接收信號(hào)，并根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出來(lái)改變閥門(mén)開(kāi)度，從而調(diào)整工藝參數(shù)，使之趨向于期望值，其應(yīng)用質(zhì)量直接反映在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。

　　核級(jí)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)的正確選型是確保調(diào)節(jié)閥正確合理應(yīng)用的根本和關(guān)鍵;錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)選型不僅影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且還可能威脅到整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性。

　　目前，我國(guó)的核電機(jī)組所使用的調(diào)節(jié)閥大部分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。由于氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥品種、規(guī)格繁多，故設(shè)計(jì)選型要求設(shè)計(jì)人員具備多專(zhuān)業(yè)的背景知識(shí)。而核電站工藝管道中介質(zhì)的理化性能千差萬(wàn)別、工況參數(shù)復(fù)雜多變，與常規(guī)工業(yè)相比，核電站對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥功能、環(huán)境、使用壽命、設(shè)備可用性及可靠性等方面的要求更為苛刻。這就使得核電氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選型難度與重要性更加凸顯出來(lái)。

1、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選型

1.1、輸入條件及選型原則

　　氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選型需綜合考慮工況條件、調(diào)節(jié)要求、環(huán)境狀況、使用壽命、安裝維修以及性?xún)r(jià)比等因素。此外，以往工程的使用經(jīng)驗(yàn)也在選配氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

　　一般而言，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選型所需的輸入條件包括以下幾個(gè)方面。

　�、俟に噮�數(shù)：它主要包括介質(zhì)類(lèi)型、各工況下的上下游壓力及其對(duì)應(yīng)的流量要求、管路的設(shè)計(jì)溫度和壓力、閥門(mén)上下游的最大壓差等。如有較為惡劣的瞬態(tài)工況，還應(yīng)明確瞬態(tài)情況下的工況條件。

　�、诠に囅到y(tǒng)控制要求：它主要包括工藝系統(tǒng)對(duì)故障位置的設(shè)置要求以及基本調(diào)節(jié)要求之外的其他控制要求(如是否有快開(kāi)或快關(guān)要求、是否需要設(shè)置電磁閥、是否有遠(yuǎn)程閥位指示要求、是否需要設(shè)置手輪等輔助裝置等)。

　�、圻^(guò)程連接方式(如法蘭連接、焊接等)及材質(zhì)要求。

　�、�密封及泄漏量的要求：從工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，明確對(duì)閥門(mén)泄漏率(內(nèi)漏)的要求;對(duì)于有毒、高溫高壓或放射性的介質(zhì)，或是當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)密封性有較高要求時(shí)，還應(yīng)明確對(duì)填料函的要求，以防介質(zhì)外漏給運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性造成的影響。

　　⑤尺寸與布置要求：考慮到現(xiàn)場(chǎng)安裝與維護(hù)，對(duì)外形尺寸提出限制要求。

　　⑥環(huán)境條件：對(duì)安裝在易燃易爆區(qū)的閥門(mén)，應(yīng)當(dāng)考慮防爆要求。

　�、哞b定與分級(jí)：它主要包括閥門(mén)的RCCM制造規(guī)范等級(jí)、電氣附件的RCCE鑒定等級(jí)、抗震分級(jí)、防爆分級(jí)以及在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下的可用要求等。

　�、噘|(zhì)保與清潔度要求：根據(jù)介質(zhì)情況，明確質(zhì)保與清潔度的要求。

　　⑨其他特殊要求。

1.2、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選型過(guò)程

1.2.1、鑒定要求

　　對(duì)核級(jí)閥門(mén)而言，能夠滿(mǎn)足鑒定要求是閥門(mén)選型與應(yīng)用的最基本前提。在核級(jí)閥門(mén)選型時(shí)，應(yīng)首先依照《壓水堆核電站核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)建造規(guī)則》(RCCM)、《壓水堆核電站核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》(RCCE)對(duì)閥門(mén)的鑒定等級(jí)、抗震分級(jí)以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故要求等進(jìn)行審查，以確保閥門(mén)滿(mǎn)足鑒定要求。對(duì)于不能滿(mǎn)足鑒定要求的閥門(mén)，閥門(mén)需通過(guò)鑒定或變更選型。

1.2.2、結(jié)構(gòu)形式的確定

　　調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的確定，應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的工藝條件(溫度、壓力、流量等)、工藝介質(zhì)的特性(如黏度、腐蝕性、有無(wú)顆粒、有無(wú)毒害等)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求(調(diào)節(jié)范圍、泄漏量、噪聲)、管系布置以及空間情況等因素綜合考慮。

　　一般而言，在流量、壓差和泄漏量小的場(chǎng)合，選擇單座調(diào)節(jié)閥即可滿(mǎn)足生產(chǎn)需要;套筒調(diào)節(jié)閥最適合應(yīng)用在介質(zhì)壓差和振動(dòng)大的場(chǎng)合;蝶閥雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但調(diào)節(jié)性能和關(guān)閥密閉性能較差，一般適用于低壓差、大流量、泄漏量要求不高的場(chǎng)合，尤其適用于濃稠漿狀及含有顆粒介質(zhì)的情況。此外，角閥適用于高黏度、含懸浮物和顆粒狀流體的場(chǎng)合或要求用直角配管的地方;與普通的直通單座閥相比，角閥具有防堵性能好、流阻小以及流量系數(shù)比單座閥大等優(yōu)點(diǎn)。這幾種結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥在核電站中的應(yīng)用都較為普遍。

1.2.3、流量特性的選擇

　　調(diào)節(jié)閥的流量特性可表現(xiàn)為固有流量特性和工作流量特性。固有流量特性分為線性、等百分比(對(duì)數(shù))、拋物線和快開(kāi)這幾種形式。在實(shí)際工況中，閥門(mén)的工作流量特性相對(duì)固有流量特性會(huì)存在一定的畸變。因此，在確定調(diào)節(jié)閥的流量特性時(shí)，還應(yīng)充分考慮畸變所帶來(lái)的影響。對(duì)串聯(lián)管道而言，壓降比(調(diào)節(jié)閥可控制的最大流量所對(duì)應(yīng)閥門(mén)進(jìn)出口差壓和系統(tǒng)差壓之比)越小，工作流量特性與固有流量特性偏差越大。目前，國(guó)內(nèi)核電站中應(yīng)用最多的是線性和等百分比這兩種形式。

　　調(diào)節(jié)閥的流量特性可以根據(jù)控制原理中的補(bǔ)償原理進(jìn)行選取，如根據(jù)壓降比、被控對(duì)象特性及負(fù)荷變化情況來(lái)選擇等;還可以根據(jù)以往類(lèi)似工況經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合設(shè)備供貨商閥門(mén)的實(shí)際固有流量特性進(jìn)行選取。

1.2.4、閥門(mén)口徑的確定

　　閥門(mén)的流量系數(shù)與可調(diào)比是表征閥門(mén)流通、調(diào)節(jié)能力的重要參數(shù)，也是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一。由于工藝系統(tǒng)條件不同，在某些情況下要求閥門(mén)需要有較寬的調(diào)節(jié)范圍。目前，國(guó)產(chǎn)閥門(mén)的可調(diào)比一般為30。根據(jù)計(jì)算所得的流量系數(shù)、可調(diào)范圍，再結(jié)合生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品特性，就可以選擇合適的閥門(mén)口徑，以滿(mǎn)足工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

1.2.5、電氣附件的選擇

　　氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電氣附件主要有電氣轉(zhuǎn)換器、定位器、限位開(kāi)關(guān)、電磁閥等。在滿(mǎn)足過(guò)程控制要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)重點(diǎn)查驗(yàn)這些附件的鑒定等級(jí)是否滿(mǎn)足要求。

　　近年來(lái)，智能電氣轉(zhuǎn)換定位器在普通工業(yè)用閥中占據(jù)的份額正在逐步增大。截止目前，智能電氣轉(zhuǎn)換定位器的核級(jí)鑒定尚未全部完成。國(guó)內(nèi)外目前只有FISHER的FIELDVUE硬件部分通過(guò)了鑒定試驗(yàn)，軟件部分的鑒定試驗(yàn)尚未完成。因此，在目前國(guó)內(nèi)的核電機(jī)組中，有核級(jí)鑒定要求的閥門(mén)使用的仍然是“電氣轉(zhuǎn)換器+定位器”。

　　此外，對(duì)于有K1級(jí)鑒定要求的限位開(kāi)關(guān)，還應(yīng)關(guān)注其自帶電纜是否隨開(kāi)關(guān)本體一同通過(guò)了K1級(jí)質(zhì)量鑒定，以確保其能滿(mǎn)足高溫高濕情況下的密封要求。

1.2.6、其他細(xì)化設(shè)計(jì)

　　在完成了上述初步選型與計(jì)算步驟之后，還應(yīng)當(dāng)針對(duì)管路設(shè)計(jì)及工藝系統(tǒng)調(diào)節(jié)的具體要求，進(jìn)行以下細(xì)化設(shè)計(jì)。

　�、俨馁|(zhì)的選擇：調(diào)節(jié)閥承壓部件的材質(zhì)應(yīng)充分考慮到介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕性，起節(jié)流作用的閥內(nèi)組件則應(yīng)具有良好的耐腐蝕和耐沖刷性。核級(jí)閥門(mén)的材質(zhì)應(yīng)能滿(mǎn)足RCCM的相關(guān)要求。

　　②設(shè)計(jì)應(yīng)保證調(diào)節(jié)閥能夠滿(mǎn)足工藝系統(tǒng)的控制要求，如閥門(mén)的氣開(kāi)、氣閉性，閥門(mén)的氣路以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作等方面的要求。

　�、坶y門(mén)的內(nèi)漏與外漏均需滿(mǎn)足工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。為解決閥門(mén)的外漏問(wèn)題，在核電站中有一種特殊型式的填料函結(jié)構(gòu)，即雙填料的密封方式。雙填料密封組件有上下兩組串聯(lián)的閥桿填料，主要用于高壓介質(zhì)，或介質(zhì)放射性較高、需防止介質(zhì)外泄的場(chǎng)合，也可用于高真空。在國(guó)內(nèi)核電機(jī)組中，波紋管密封及雙填料帶引漏的密封方式都有較多的應(yīng)用。

　　④核實(shí)閥門(mén)的連接方式與外形尺寸是否滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求。

　　⑤關(guān)閉壓差與允許壓差：在選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用力時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮閥芯全關(guān)時(shí)的壓差。所選閥門(mén)的最大允許壓差應(yīng)大于關(guān)閉壓差，以防止出現(xiàn)“關(guān)不死”或“打不開(kāi)”的現(xiàn)象。

　　⑥汽蝕與閃蒸：閥門(mén)的設(shè)計(jì)應(yīng)避免汽蝕和閃蒸的發(fā)生，必要時(shí)可采用抗汽蝕或抗閃蒸的結(jié)構(gòu)。

　�、咴肼暎涸谧钥叵到y(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是最大的噪聲源。當(dāng)噪聲超過(guò)有關(guān)規(guī)定時(shí)(一般為85dB)，應(yīng)考慮采用低噪聲結(jié)構(gòu)。

　�、嗫删S修性與性?xún)r(jià)比。