一、項目概況

　　隨著國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長，為解決電力的“瓶頸”問題，國家發(fā)改委明確核電遠景規(guī)劃，到2020年中國核電裝機容量將達到7000萬～8000萬kW。這意味著今后國家要建設(shè)一批百萬千瓦級核電站，提高核電發(fā)電量。

　　鑒于普通核電站閥門已部分國產(chǎn)化，但高要求的核一級閥門，技術(shù)要求嚴，安全系數(shù)高，是發(fā)達國家對我國技術(shù)封鎖或以昂貴價格賺取高額利潤的產(chǎn)品。因而，要緩解核電投資過大矛盾的唯一出路就是盡快實現(xiàn)核電站關(guān)鍵閥門的自主設(shè)計、制造、安裝和調(diào)試，實現(xiàn)國產(chǎn)化。

　　面對如此形勢，中核蘇閥科技實業(yè)股份有限公司成立了秦山二期擴建項目樣機攻關(guān)小組，通過借鑒國外經(jīng)驗，進行自主開發(fā)、技術(shù)攻關(guān)。樣機研制成功將填補我國在這一領(lǐng)域的空白，改變長期依賴進口的局面，為國家的核電建設(shè)作出貢獻。

　　1.項目立項

　　核工業(yè)第二研究設(shè)計院根據(jù)秦山二期擴建的要求，需對CH1-2″P16WR22R-K(YJ)進行樣機制造，并進行一系列型式試驗。

　　2.任務(wù)書的下達

　　核工業(yè)第二研究設(shè)計院下達了“壓水堆核電站升降式止回閥研制任務(wù)書”，文件編號：PLDSF200705。

　　3.閥門的功能

　　本任務(wù)書研制的閥門為百萬千瓦級核電站安全注入系統(tǒng)使用的閥門，系統(tǒng)代號為RIS040VP。該閥門為核安全Ⅰ級，規(guī)范Ⅰ級，抗震類別為1A，質(zhì)保等級Q1，閥體材料為不銹鋼，公稱直徑DN50mm，最高工作壓力為17.13MPa，最高工作溫度為343℃。閥門工作介質(zhì)為反應(yīng)堆冷卻劑(含硼水)。該閥門安裝于安全殼內(nèi)側(cè)，閥體要求采用鍛件。

　　為增加該類閥門的通用性，增加該閥門具有安全殼隔離功能。

　　類似結(jié)構(gòu)的閥門還可用于安全殼噴淋系統(tǒng)、安全注入系統(tǒng)、余熱導(dǎo)出、化學(xué)容積控制系統(tǒng)以及設(shè)備冷卻水等系統(tǒng)。

　　4.閥門的主要技術(shù)參數(shù)

　　閥門名稱：核一級升降式止回閥。

　　閥門型號：CH1-2″P16WR22R-K(YJ)

　　公稱通徑：DN50

　　公稱壓力：1690lb(1lb=0.454kg)

　　安全等級：Ⅰ級

　　抗震要求：1A

　　工作溫度：343℃

　　工作壓力：17.13MPa

　　工作介質(zhì)：反應(yīng)堆冷卻劑

　　主體材料：M3301/Z2CND18-12N.S

　　密封面材料：STL6/STL6

　　使用壽命：40年

　　安裝位置：安全殼內(nèi)

　　5.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

　　1)PLDSF200705壓水堆核電站升降式止回閥研制任務(wù)書。

　　2)ASMEQME-1核電廠能動機械設(shè)備的鑒定。

　　3)RCC-M《壓力堆核島機械設(shè)備設(shè)計和制造規(guī)則》2000版+2002補遺。

　　4)ASMEB16.10閥門結(jié)構(gòu)長度。

　　5)IEEE382核電廠中具有安全相關(guān)功能的動力操作閥組件執(zhí)行機構(gòu)的鑒定。

　　6)HAF003核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定。

二、研制過程

　　為了盡快完成樣機的研制，中核蘇閥成立了由總工程師直接領(lǐng)導(dǎo)下的研制項目組，由技術(shù)研發(fā)中心、核閥分廠、焊熱分廠、鍛造分廠、鑄造分廠、制造部、質(zhì)量管理部以及采購部等單位技術(shù)精英和管理人員組成，采取項目負責(zé)制，運用公司最好的人力和物力資源進行此次樣機的研制。

　　1.密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　閥體和閥蓋采用帶纏繞式墊片密封的螺栓法蘭聯(lián)接，裝拆簡單方便，有足夠的可靠性。

　　(1)閥瓣堆焊長度在考慮節(jié)省成本和優(yōu)化設(shè)計的前提下，堆焊長度改進如圖1所示。

　　此改進優(yōu)點有3個：

圖1 閥瓣堆焊

　　1)在滿足導(dǎo)向的條件下，減小了摩擦力，更利于開啟。

　　2)有足夠的空間利于泄壓。

　　3)節(jié)約成本。

　　(2)密封面處密封形式由面密封改為線密封，如圖2所示。

圖2 密封形式

　　因為用球面對錐面的面密封明顯不能達到密封要求，因此改用鉸孔使之配成線密封，這樣便能滿足密封要求。

　　(3)密封面材料閥門設(shè)計時在閥體和閥瓣密封面處堆焊的是STL6，兩處雖然材料是相同的，但它們之間存在著硬度差，使它們具有優(yōu)良的耐磨、抗擦傷性能，使用穩(wěn)定性好，并且防止咬死情況的出現(xiàn)。而且這些優(yōu)點已在中核蘇閥其他核電閥門設(shè)計中得到證實。

　　(4)主體毛坯選擇閥門主體毛坯采用了鍛件，并嚴格按照Q/DJ100.4R進行超聲波探傷和液體滲透探傷。

　　(5)應(yīng)力計算和抗震分析按RCC-M要求對閥體、閥瓣、閥蓋等進行了詳細的應(yīng)力計算，并進行了自振頻率的計算，確定閥門的自振頻率大于33Hz后以等效靜力法按設(shè)計壓力+自重+動載荷(SSE)+閥門驅(qū)動力的載荷組合對閥門的危險斷面進行抗震分析。其中閥門自振頻率的計算值為3169.4Hz。

　　2.工藝設(shè)計

　　(1)主體毛坯的質(zhì)量控制本閥門的所有零件均為鍛件，鍛造時嚴格按照鍛造工藝規(guī)程和工序卡進行，嚴格控制始鍛溫度、終鍛溫度、變形程度和變形速度，按工藝規(guī)程規(guī)定的冷卻方法進行冷卻。對鍛成品進行化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗、晶間腐蝕試驗、金相組織分析，經(jīng)分析、試驗和測定，均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

　　鍛件的質(zhì)量通過超聲波檢驗和液體滲透檢驗來保證，按照RCC-M要求對鍛件進行100%的超聲波探傷并評定，并對鍛件的全部表面進行液體滲透檢驗和評定。

　　(2)焊接為了提高堆焊質(zhì)量，對閥瓣和閥座的密封面堆焊采用了等離子氬弧焊工藝。同時，為確保焊接質(zhì)量，對生產(chǎn)中所用焊接工藝重新進行了工藝評定。

　　(3)裝配試驗優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品不僅需要高精度的零部件，更關(guān)鍵的是如何將這些高精度的零部件組裝成高性能的產(chǎn)品。中核蘇閥組織了一支經(jīng)驗豐富、技術(shù)過硬的、由多名技師和高級技工組成的裝配、調(diào)試小組，負責(zé)閥門的裝配、調(diào)試、試驗，制訂了零部件的清洗工藝、裝配工藝，在裝配和調(diào)試中嚴格把關(guān)，精益求精，確保閥門的裝配、調(diào)試成功，并進行了各類性能試驗，各項指標(biāo)均符合設(shè)計任務(wù)書的要求。

　　(4)過程檢驗 對閥門編制了質(zhì)量計劃，以確保閥門從原材料、毛坯投入、機加工、焊接、熱處理、無損檢測、清洗、裝配、出廠試驗以及各項型式試驗均得到質(zhì)量控制，并得到核工業(yè)第二研究設(shè)計院認可和現(xiàn)場見證。

三、型式試驗

　　編制了試驗程序，規(guī)定了需進行的型式試驗的項目以及試驗順序，編制了相關(guān)的型式試驗大綱，清單如下：

　　1)試驗前檢驗大綱。

　　2)冷循環(huán)試驗大綱。

　　3)熱態(tài)功能和熱沖擊試驗。

　　4)中間檢驗大綱。

　　5)端部加載試驗大綱。

　　6)流量系數(shù)值測試。

　　7)試驗后檢驗大綱。

四、結(jié)語

　　核一級升降式止回閥的出廠試驗、試驗前檢驗、各項型式試驗、試驗后檢驗及各項型式試驗后所進行的中間檢驗的各項性能測試指標(biāo)(如密封性能)均符合設(shè)計任務(wù)書、規(guī)范書、RCC-M和ASMEQME-1的要求，所有型式試驗完成后進行的拆散檢驗表明閥門零部件沒有明顯損傷的痕跡，所測尺寸與試驗前檢驗相比無明顯變化。

參考文獻

　　[1]楊源泉.閥門設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.

　　[2]機械設(shè)計手冊編寫組.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1989.