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核電站用核級風閥的設計

概述
    核電站用核級風閥主要應用于核島的通風系統、安全殼內大氣監測系統及風機出口處等,起阻斷氣流、切斷通風系統、防止放射性氣體倒流和對系統的自動隔離作用。目前國內外核級風閥按照其實現功能的不同,其結構形式主要有截斷型隔離閥、對開式隔離閥、電磁式快速隔離閥、氣動快速隔離閥、調節風閥止回閥等。由于核電閥門的安全和可靠性直接影響反應堆的安全性和可利用率。因此,核電用閥門與常規的大型火力發電站用閥門相比,其技術要求非常嚴格。
結構
    核級風閥根據實現不同的功能其結構形式有多種,但閥門的組成、工作原理基本相同。現以典型的截斷型隔離閥為例進行論述0核級風閥主要由閥體、閥板、密封圈、閥軸、軸承等零部件組成(圖1)。
(1)閥體和閥板
    閥體和閥板采用冷成型。閥體由兩個冷成型的異型框架組焊而成,焊后不需要加工。為保證兩法蘭面相互平行,兩個異型框架采用高精度板材下料,在專用冷成形設備上進行加工。薄板焊接時,首先進行焊接工藝評定,驗證確定合理的焊接工藝參數,依照焊接工藝評定報告編制焊接工藝,合理設置焊接工裝,將焊接變形控制在設計許可的范圍內。閥體連接端有法蘭連接端和焊接連接端2種形式,法蘭連接端設計執行ASME Bl6.5—2003標準的要求,焊接連接端設計執行焊接接頭專用技術規格書的要求。閥板采用流線型,使得閥門具有很小的流體阻力和噪聲。在閥板四周均設有空心橡膠密封條,從而保證閥門的內泄漏要求。

(2)閥軸與填料
閥軸兩端采用滾動軸承支承,確保閥門靈活運行。針對軸承介質側易進灰塵的問題,在軸承內側增加了防塵圈。閥軸與閥體之間采用0形環密封,減小了閥門啟閉過程的摩擦力矩。
(3)閥門操作
閥門的操作方式有手動、蝸桿傳動、氣動(雙作用或彈簧復位單作用)和電動等。
執行標準
閥門設計制造過程中一般執行下列標準。
RCC—M 壓水堆核島機械設備設計和建造規則(2000年版及2002年補遺)
RCC—E 壓水堆核島電氣設備設計和建造規則(1993年版)
RCC—P 壓水堆核電站系統設計和建造規則(1991版及l995修訂)
ASME Bl6.34a 法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門
ASME Bl6.5 管法蘭和法蘭管件
ASME QME一1 核電廠能動機械設備的鑒定要求(2002版)
ASME N509 Nuclear power.plant Air;Cleaning
unit and Component
ASME AG一1 Code on Nuclear Air and Gas
Treatment
GB/T l l84 形狀和位置公差未注公差值
EJ/T l039 核電廠核島機械設備無損檢驗規范
EJ/T lll6 核設施通風空調和氣體處理系統機械設備設計規范
計算機輔助設計
    設計時根據EJ/T lll6的要求,對核級風閥的主要零部件采用ANSYS有限元分析軟件進行了數值仿真。以便綜合分析和確定各件在自重、地震、風道連接載荷、壓差和內壓等復雜應力狀態下的許用值和變形值及屈曲失穩評定。
樣機試制
    樣機試制過程中嚴格依據產品圖樣、工藝文件和技術標準的規定操作。如閥體焊接時嚴格按焊接工藝評定確定的工藝參數執行,金切加工按機械加工工藝過程卡操作,裝配時按裝配明細表備齊所有零部件及工裝夾具,按裝配工藝過程卡的操作規程進行組裝調試。所有操作均做好記錄,并有見證人員和檢驗人員進行跟蹤驗證。
試驗
    為了確保產品的可靠性和安全性,必須對樣機閥門進行一系列型式試驗和可靠性試驗。試驗均根據不同種類的閥門、不同的性能參數,設計專用的試驗大綱和規程,并在專用的試驗裝置或設備上完成。
    (1)基準試驗——驗證樣機閥門組件的功能滿足情況,并建立組件功能的基準值。以作為各項試驗完成后,基準功能值和試驗后檢查值進行比較的依據。
    (2)流阻系數測試——測試樣機閥門組件在全開位置時的流阻系數。
    (3)中間檢驗——每完成一項試驗均要進行樣
機閥門組件的中間檢驗,檢驗內容同基準試驗,以驗證各項試驗后閥門功能的變化情況。
    (4)熱老化試驗——驗證樣機閥門組件在設計溫度的熱態工作條件下的功能。
    (5)濕熱老化試驗——驗證樣機閥門組件在設計的濕熱工作條件下的功能。
    (6)運行老化試驗——驗證樣機閥門組件在實際承載條件下進行設計給定的運行壽命后的功能。
    (7)輻照老化試驗——驗證樣機閥門組件的非金屬件在設計輻照劑量的中子和叮輻照引起的老化后的功能。
    (8)振動老化試驗——驗證樣機閥門組件在模擬壽期內正常運行時外部載荷引起的振動后的功 能。
    (9)地震試驗——驗證樣機閥門在設計給定的地震載荷作用下,測量試驗閥門組件典型部位的應力、應變,從而驗證閥門的完整性和可運行性。
    (10)最終檢驗——獲得和基準檢查進行比較的數據,以便確定樣機閥門經過一系列功能試驗后,其各項性能參數是否仍在設計規定的范圍之內。
    (11)最終拆散檢驗——對經過各項功能試驗后的樣機閥門進行拆散檢驗,以驗證樣機閥門的各零部件的狀況,是否有變形、損壞現象,相對運動件的磨損量是否在設計給定的公差范圍內。
使用與維護
    (1)存貯——閥門不能露天存放,應置于通風、干燥處,制造廠應規定存放時間,存放時不能拆除閥I'-JIN端的保護蓋。閥門吊裝時不能以執行器作為起吊點,注意法蘭面不能碰傷。
    (2)安裝——不能用閥門支撐管道,安裝時法蘭或焊接端應對齊,防止因管線熱脹冷縮而引起應力超值。
    (3)啟動——閥門啟用前需清潔管線,清除管內銹垢、沉積物、異物,防止雜質對密封表面的損壞。
    (4)傳動機構——閥門開關位置不到位是經常 發生的問題,制造廠必須保證傳動鏈每一環節的制造精度,出廠前應檢查閥門開關位置和指示位置的一致性。
    (5)軸承~定期給軸承處加注耐輻照潤滑油,確保軸承處于良好的運營狀態。
    (6)密封件——風閥密封件為橡膠。一般橡膠件質保期為4年,質保期后應及時更換。

 

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