一．核電閥門發(fā)展現(xiàn)狀
　　核電閥門是核電站中量大面廣的水壓設(shè)備，它連接整個核電站的300余個系統(tǒng)，是核電站安全運行的關(guān)鍵附件。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，全世界現(xiàn)有核電機組500余座，總裝機容量達4億KW以上，其反應(yīng)堆類型主要有壓水堆（PWR）、沸水堆（BWR）、石墨堆（LGR）、快中子堆（FBR）、高溫氣冷堆（HTGR）、重水堆（PHWR）。其中，壓水堆占整個堆型的50％以上。

　　我國從50年代開始研究和應(yīng)用核動力技術(shù)，至今已建成和正在建設(shè)多座核電站。自1985年建成的浙江秦山一期核電站，結(jié)束了我國大陸無核電的歷史以來，我國先后建成了廣東大亞灣核電站、秦山二期核電站、秦山三期核電站、廣東嶺澳核電站、江蘇田灣核電站。這些核電站中，廣東大亞灣、嶺澳和秦山一期、二期、江蘇田灣為壓水堆型核電站，秦山三期為重水堆型核電站。

　　核電閥門，在核電站設(shè)備中雖為附件，但至關(guān)重要。核電用閥門比常規(guī)的大型火力發(fā)電站用閥門其技術(shù)特點和要求要高。閥類一般有閘閥、截止閥、止回閥、蝶閥、安全閥、主蒸汽隔離閥、球閥、隔膜閥、減壓閥和控制閥等；具有代表性閥門的最高技術(shù)參數(shù)為：最大口徑DN1200mm（核3級的蝶閥）、DN800mm（核2級的主蒸汽隔離閥）、DN350mm（核1級的主回路閘閥）；最高壓力：約CL1500；最高溫度：約350℃；介質(zhì)：冷卻劑（硼化水）等。目前，核電機組用閥主要類型如下：

　　1．閘閥：

　　a）焊接連接液動雙閘板平行式閘閥，公稱壓力PN17.5MPa，工作溫度315℃，公稱通徑DN350～400mm。

　　b）輕水冷卻劑一回路上（主要）應(yīng)用的電動楔式雙閘板閘閥，公稱壓力PN45.0MPa，溫度500℃，公稱通徑DN500mm。

　　c）大功率石墨慢化反應(yīng)堆核電廠一回路上（主要）應(yīng)用的電動楔式雙閘板閘閥，公稱壓力PN10.0MPa，公稱通徑DN800mm，工作溫度290℃。

　　d）汽輪機裝置的蒸汽和工藝水管路上（主要）應(yīng)用焊接連接電動彈性板閘閥，公稱壓力PN2.5MPa，工作溫度200℃，公稱通徑DN100～800mm。

　　e）大功率石墨慢化沸水堆核電廠釋熱元件換料機用的雙閘板帶導(dǎo)流孔平行式閘閥，其公稱壓力PN8.0MPa，開啟或關(guān)閉閥門只能在壓力降為△P≤1.0MPa下進行。

　　f）快中子反應(yīng)堆核動力裝置帶冷凍固封填料的彈性板閘閥。

　　g）水—水動力堆機組用的內(nèi)壓自密封式閥蓋楔式雙閘板閘閥，公稱壓力PN16.0MPa，公稱通徑DN500mm。

　　h）行程部件上帶蝶形彈簧的楔式雙閘板閘閥，中法蘭采用螺栓連接，采用密封焊。

　　2．截止閥：

　　主要用在輔助管線上，介質(zhì)為中等參數(shù)的水和蒸汽，公稱通徑DN10~350mm，公稱壓力PN17.2MPa；工作溫度T371℃，該閥多為波紋管密封，焊接連接。

　　3．蝶閥：

　　主要用在核電廠冷卻系統(tǒng)中，公稱壓力PN0.3~2.5MPa以下，工作溫度在100~150℃，公稱通徑DN80~5500mm。

　　風(fēng)道系統(tǒng)中應(yīng)用快速關(guān)閉蝶閥，公稱通徑DN400～1200mm。

　　核電閥門發(fā)展技術(shù)要求與市場前景綜述

　　2007/4/17/08：45來源：中國軸承網(wǎng)

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　　4．電磁閥：

　　公稱壓力PN4.0MPa，工作溫度≤150℃，公稱通徑DN≤150mm，其優(yōu)點是動作時間較短、尺寸小、重量輕、可用交、直流電源來操作，動作時間在零點幾秒到3秒。

　　5．調(diào)節(jié)閥：

　　為了保證核動力裝置的自動化，要求使用大量的調(diào)節(jié)，主要功能是以一定的精度保持流量、壓力、溫度、水位等這樣一些規(guī)定被調(diào)節(jié)的參數(shù)。

　　調(diào)節(jié)閥按操縱方式可分為：由外部能源（氣動、液動或電動）來操縱的調(diào)節(jié)閥；靠工作介質(zhì)本身而無外部能源操縱的調(diào)節(jié)閥；手動調(diào)節(jié)閥；直接作用式調(diào)節(jié)器。按調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的方式分：單座和雙座調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)閘閥、球形調(diào)節(jié)閥和蝶形調(diào)節(jié)閥。在核電廠應(yīng)用最廣的是雙座和單座調(diào)節(jié)閥。

　　核電站用調(diào)節(jié)閥技術(shù)參數(shù)范圍：公稱通徑DN1.5~500mm；公稱壓力PN4.1~68.8MPa；工作溫度T538℃

　　6．安全閥：

　　在核電廠的一回路上，安全閥一般安裝在容積補償器上，除了一回路的主安全閥外，在冷水反應(yīng)堆的每個環(huán)路被封閉的部分，還安裝了通徑較小的附加安全閥。

　　核電廠主要應(yīng)用：直接作用式安全閥（全啟式和微啟式），先導(dǎo)安全閥（公稱通徑DN600mm，動作壓力為1.265MPa），帶輔助裝置的先導(dǎo)安全閥，防爆膜裝置等。

　　核電站用安全閥技術(shù)參數(shù)范圍：公稱通徑DN15~1500mm；公稱壓力PN2.0~70MPa；工作溫度T-253~535℃。

　　7．保護閥和分相閥

　　保護閥如同安全閥一樣，用以防止所在系統(tǒng)發(fā)生事故工況，當(dāng)所在監(jiān)視的參數(shù)超出規(guī)定值時自行關(guān)閉。

　　保護閥可分成自動動作和受控保護裝置，自動動作保護閥包括止回閥和切斷閥，保護裝置由快速切斷裝置（快速切斷閥、閘閥和停汽閥）、敏感元件（反映受控參數(shù)的變化并給出執(zhí)行信號）和驅(qū)動機構(gòu)（氣動、液動和電動）所組成。保護閥的結(jié)構(gòu)和閘閥、截止閥相似，但其不同特點是快速動作，其快速動作閥的公稱通徑可達DN700～800mm。

　　8．快速動作閘閥：

　　是用來把蒸汽發(fā)生器和汽輪機斷開，其工作介質(zhì)為蒸汽，工作壓力級為Class600～2500，公稱管徑為21/2in～30in，工作溫度為-29℃～1050℃。殼體材料為WCB、WC6、WC9，連接方式為對焊連接與法蘭連接。

　　9．分相閥：

　　在核動力裝置的分相閥中，主要使用的是蒸汽疏水閥，主要用來自動地排除蒸汽管道內(nèi)的凝結(jié)水，通常用敞口向上浮子式蒸汽疏水閥，熱動力型圓盤式蒸汽疏水閥和熱靜力型雙金屬片式蒸汽疏水閥。

　　核電站用疏水閥技術(shù)參數(shù)范圍：公稱通徑DN25~50mm；公稱壓力PN6.3~15MPa。

　　10．隔膜閥：

　　主要用于核電站核島系統(tǒng)中放射性水蒸氣重水，公稱通徑DN8~500mm。

　　該閥在核島系統(tǒng)中約占所用閥門總數(shù)的26.2％。

　　11．球閥：

　　公稱通徑DN6~350mm；公稱壓力PN1.0~14.5MPa；工作溫度T-196~500℃。該閥在核島系統(tǒng)中約占所用閥門總數(shù)的12.8％。

　　12．止回閥：

　　13．隔離閥：

　　主要用于核電站反應(yīng)堆冷卻水的一回路隔離閥和輕水堆飽和蒸汽的主蒸汽隔離閥。其公稱通徑DN450~1250mm。

　　14．其它：

　　如減壓閥、緊急切斷閥、自動閥等。

　　二．國內(nèi)核電閥門制造存在的問題

　　由于國內(nèi)閥門設(shè)計、制造和生產(chǎn)能力低于國外先進水平，加之自動化控制水平的限制，故，在重要的核電閥門技術(shù)方面一直未有突破。主要表現(xiàn)在：

　　1．設(shè)計水平不高

　　國內(nèi)閥門的設(shè)計水平與科技發(fā)達國家相比，有很大差距。至今，一些主蒸汽隔離閥、大口徑安全閥、抗地震控制閥等技術(shù)含量高的核電閥門仍未取得重大突破。

　　2．制造設(shè)備、工藝落后

　　國內(nèi)核電閥門制造設(shè)備大多以萬能機床為主，產(chǎn)品制造精度偏低，加之，其制造工藝水平落后，例如，鍛焊結(jié)構(gòu)時采用的真空電子束焊接工藝和剪切擠壓技術(shù)都未得到普遍的推廣應(yīng)用，故，制造出來的閥門遠不能滿足核電？？構(gòu)控制水平差

　　國內(nèi)核電閥門配套驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，其性能和控制水平只相當(dāng)于國外二十世紀八十年代水平，其動作靈敏度差，可靠性總體水平落后。

　　4．自動化控制能力滯后

　　自動化控制能力包括信號采集、信號比較、信號放大、信號返回等一系列控制能力。核電20萬千瓦以上的大型機組普遍采用計算機自動控制。而國內(nèi)核電閥門的計算機水平滯后于發(fā)達國家，故，核電系統(tǒng)的閥門自動化控制能力也處于滯后的狀態(tài)。

　　三．核電閥門市場需求

　　全世界現(xiàn)有核電機組500余座，我國已建成6座（總裝機容量達870萬KW）。目前，我國正計劃籌建4座——秦山一期擴建兩臺30萬KW機組；秦山二期3、4號機組；三門核電6臺百萬KW級核電機組；田灣核電站4臺百萬KW級核電機組。據(jù)悉，在2020年之前，我國還將計劃在廣東深圳嶺東、陽江和臺山；重慶涪陵；大連等地擬建20余座核電站。

　　目前，我國又開始致力于研究國際先進的第三代技術(shù)核電機組，該工程已納入2006年起的國家第十一個五年計劃，預(yù)計到2020年將建成可商用的原型核反應(yīng)快堆。第三代壓水堆核電技術(shù)的安全性相當(dāng)高，能有效預(yù)防和緩解類似切爾諾貝利核電站那樣的爆炸泄漏嚴重事故；同時，該技術(shù)縮短了建設(shè)周期，18~24個月?lián)Q一次核原料，延長了機組壽命60年，大大提高了經(jīng)濟性。

　　據(jù)了解，根據(jù)我國能源規(guī)劃，2020年核電將發(fā)展到4千萬千瓦，占總裝機容量的4％~5％。

　　從我國核電機組的發(fā)展來看，核電閥門的需求量遠高于同容量級的火電站。

　　以容量為80萬千瓦的核電站為例，通徑DN25~1000mm的閥門需求量為8000~10000臺，為同類火電站的2~3倍。據(jù)統(tǒng)計分析，一座有2套百萬KW級核電機組的核電站需各類閥門3萬臺，按每年有250萬KW核電機組建設(shè)計算，每年核電閥門的需求量在3.8萬余臺。據(jù)國家“十一•五”規(guī)劃預(yù)測，“十一•五”期間，核電站的閥門需求額將為30億元，年均需求為6億元左右。另外，由于核電站花在閥門上的維修費一般占核電站維修總額的50％以上，故，每年核電站花費在閥門上的維修費用約為1.5億元。由此來看，核電閥門的市場需求量是相當(dāng)大的。

　　四．核電閥門技術(shù)要求

　　核電閥門，由于其使用工況特殊、復(fù)雜、惡劣，加之量大面廣，故其要求較高。

　　1．核電閥門工作條件：

　　核電閥門除了其工況環(huán)境錯綜復(fù)雜之外，其輸送介質(zhì)的放射性和溫度、壓力等級的苛刻性也是很特殊的。

　　核電閥門輸送的介質(zhì)主要為：飽和蒸汽、冷凝水、放射性水蒸汽重水、輻照腐蝕物、放射性介質(zhì)、稀硫酸和堿液、二氧化碳、鈉、氦、油、真空等各種流體介質(zhì)。

　　一回路上的大通徑閥門工作條件是最復(fù)雜的，在現(xiàn)階段核動力裝置上的蒸汽參數(shù)比熱電廠的蒸汽參數(shù)（壓力22.5MPa、溫度565℃）要低，但核電廠運行條件卻復(fù)雜得多。在液態(tài)金屬冷卻劑的快中子反應(yīng)堆裝置上，蒸汽參數(shù)為最高（汽輪機前的蒸汽溫度為600℃，壓力為14.0MPa）。

　　2．核電閥門常見故障類型

　　在核電站系統(tǒng)中運行的閥門，最常見的故障類型有如下四種：

　?、匍y桿泄漏

　?、陂y座泄漏

　　③執(zhí)行機構(gòu)選配過大和關(guān)閉力矩過高引起的密封面損壞

　?、芡庑孤?/P>

　　3．核電閥門技術(shù)要求

　　根據(jù)核電閥門運行的實際工況，核電閥門其技術(shù)特點和要求比火力發(fā)電閥門更高。核電閥門的技術(shù)要求除了閥門常規(guī)的技術(shù)要求外，還要著重考慮介質(zhì)中雜質(zhì)的污染、環(huán)境溫度、運行溫度、環(huán)境濕度、放射性、直流電源及電壓波動、有關(guān)地震和振動條件下穩(wěn)定性的技術(shù)要求、安全等級等等。

　　①核電閥門的設(shè)計

　　a）強度設(shè)計

　　核電閥門設(shè)計中，強度計算是必不可少的。除常規(guī)的強度計算、有限元分析和抗震計算分析外，對核安全1級的閥門，還要求進行：一次薄膜應(yīng)力的極限計算、一次薄膜應(yīng)力＋彎曲應(yīng)力的極限計算、與回路啟——停循環(huán)有關(guān)的一次加二次應(yīng)力變化幅度的極限計算、除回路中啟——停工況以外的一次加二次應(yīng)力的變化幅度極限計算、疲勞性能分析。

　　b）結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　由于核電系統(tǒng)輸送介質(zhì)大多帶有放射性，不允許有任何泄漏，故結(jié)構(gòu)設(shè)計中閥門的填料、波紋管、閥座的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為重要（閥體的形狀設(shè)計，規(guī)定在ASME標準中）。

　　國外，填料一般采用多重密封結(jié)構(gòu)、Ω環(huán)密封結(jié)構(gòu)和填料層之間夾碟簧的填料箱密封結(jié)構(gòu)。波紋管一般采用組合波紋管密封結(jié)構(gòu)。對重要的高壓閥門，閥座采用鍛造結(jié)構(gòu)。此外，閥體與管道的連接采用對接或承插焊接結(jié)構(gòu)。

　?、诤穗婇y門的材料

　　核電閥門的材料必須具有良好的耐腐蝕、抗輻照、抗沖擊和抗晶間腐蝕。一般情況下：

　　a）承壓零件必須采用ASMEBPVC-Ⅱ-D-1表2A和表2B中的材料要求

　　b）閥桿和承壓螺栓常采用沉淀硬化鋼制造

　　c）填料多用石墨纖維、純石棉或膨脹石墨

　?、酆穗婇y門驅(qū)動裝置

　　核電閥門驅(qū)動裝置的性能和質(zhì)量非常重要和關(guān)鍵，必須具有安全操作的可靠性，同時，應(yīng)能承受溫度、壓力、濕度、輻照、地震破壞、化學(xué)污染及所供電源變化的最大值，而且必須在發(fā)生失水故障的情況下，仍能在規(guī)定的期限內(nèi)工作（一般標準為14天）。

　　此外，除了驅(qū)動裝置的電動部件要求用O形密封圈將其與外部環(huán)境密封隔離之外，驅(qū)動裝置的設(shè)計者還應(yīng)考慮核電工況用高壓閥門的快速操作問題（一般標準，CL1500的14”以下的閥門，其快速操作時間為10秒）。

　?、芎穗婇y門的試驗與檢驗

　　a）核電閥門需進行常規(guī)的水壓試驗——殼體試驗、閥瓣強度試驗、上密封試驗、閥座密封試驗、填料密封試驗；

　　b）對帶有執(zhí)行機構(gòu)，如電動、氣動閥進行抗震試驗；

　　c）對所有操作形式的閥門進行靜壓壽命試驗；

　　d）對一回路的重要閥門還必須經(jīng)過冷態(tài)、熱態(tài)和LOCA事故（即失水事故）的試驗。

　?。绹腁SME、日本的JEM等標準，對上述試驗及檢驗作了詳細描述，并提供了評定標準。）

　　五．核電閥門發(fā)展趨勢

　　1．核電機組發(fā)展方向

　　據(jù)資料分析，在核電站的建設(shè)中，機組容量的發(fā)展方向，國外主要向130萬、140萬及150萬千瓦方向發(fā)展。國內(nèi)主要向80萬、90萬及100萬方向發(fā)展。核電設(shè)備將向大型化、高參數(shù)、高性能方向發(fā)展。

　　2．核電閥門發(fā)展方向

　　隨著核工業(yè)的發(fā)展，核電站設(shè)備大型化、高參數(shù)、高性能及可靠性、安全性的要求越來越高。這就要求核電閥門也能適應(yīng)這種發(fā)展趨勢。

　　核電用閥發(fā)展的具體類型、參數(shù)如下：

　　⑴無填料函的閘閥：

　　a液壓驅(qū)動閘閥。該閥借助自身壓力水推動活塞開啟或關(guān)閉，該閥公稱通徑：DN350、400mm；工作壓力：PN17.5MPa；工作溫度：315℃。

　　b全封閉型電動閘閥。該閥應(yīng)采用特制的屏閉式電機，通過浸水工作的內(nèi)行星減速機構(gòu)使閘板作啟閉運動。該閥公稱通徑：DN100~800mm；工作壓力：PN2.5~45.0MPa；工作溫度：200~500℃。

　　（注：上述兩種無填料函閘閥優(yōu)點：沒有填料密封，避免了外漏點，同時，減少能耗。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價較高。）

　?、平刂归y：

　　用于輔助管路上的截止閥。

　　該閥通常為三種結(jié)構(gòu)，即填料式截止閥、波紋管式截止閥和金屬膜片式截止閥。該閥介質(zhì)為中等參數(shù)（中溫、中壓）的水和蒸汽；公稱通徑：DN10~150mm。

　?、堑y：

　　用于冷卻系統(tǒng)和安全殼內(nèi)輸送空氣介質(zhì)的系統(tǒng)中的蝶閥。該閥通常為三種結(jié)構(gòu)，即同軸直連式襯膠蝶閥、偏心式金屬密封蝶閥和雙動式（蝶板在回轉(zhuǎn)前先脫開密封面再回轉(zhuǎn)）金屬密封蝶閥。該閥公稱通徑：DN≤2500mm；工作壓力：PN＜4.0MPa；工作溫度：100~150℃。此外，用于風(fēng)道系統(tǒng)中的快速關(guān)閉蝶閥，其公稱通徑：DN400~1200mm也列為發(fā)展的方向。

　　⑷帶探測器的先導(dǎo)式安全閥：

　　用于核島系統(tǒng)中的帶探測器的先導(dǎo)式安全閥。采用帶探測器的先導(dǎo)式安全閥，可以根據(jù)壓力與彈簧力平衡的敏感關(guān)系，來改變位置控制釋放和加充介質(zhì)的兩個觸點的原理，從結(jié)構(gòu)上避免卡阻問題。該閥采用正作用式帶彈簧預(yù)緊和波紋管密封的閥瓣結(jié)構(gòu)，可以保證可靠的密封。該閥公稱通徑：DN600mm；工作壓力：PN1.265MPa。

　?、芍够亻y型隔離閥：

　　用于蒸汽系統(tǒng)的止回閥型隔離閥，其結(jié)構(gòu)形狀類似于升降式止回閥。該閥公稱通徑：DN64~800mm（21/2in~30in）；工作壓力：PN1.0~42.0MPa（Class600~2500）；工作溫度：-29~1050℃。

　?、手髡羝綦x閥

　　核島和常規(guī)島用主蒸汽隔離閥、主給水閥門，其公稱通徑：DN800mm；公稱壓力：40.0MPa；溫度700℃；

　　此外，滿足地震要求的安全閥、核燃料提取用的軟硬密封高真空電磁閥、上裝式核電球閥也是急需開發(fā)的核電閥門。