核安全级阀门的试验研究.pdf

文章编号 1002258552010 0220014203 作者简介杨伟1955 - 男,辽宁沈阳人,工程师,从事阀门工艺设计、 营销及营销管理工作。 核安全级阀门的试验研究 杨 伟 1,王明珊2,魏彦学1,贾安迅1,张景艳1,潘明旭3 11沈阳盛世高中压阀门有限公司,辽宁 沈阳110142;21核物理与化学研究所,四川 绵阳621900; 31东北林业大学,黑龙江 哈尔滨150000 摘要 介绍了核安全2级和3级钠截止阀和止回阀样机的寿命试验和抗地震试验方法。 关键词 反应堆;安全;阀门;抗震试验 中图分类号TH134 文献标识码A Test and study of nuclear safety valves YANG W ei 1,WANG M ing2 shan 2,W EI Yan2 xue 1 , JIA An2xun 1 , ZHANG Jing2yan 1 , PAN M ing2xu 3 11Shenyang Shengshi H igh 21Institute of nuclear physics and chem istry,M ianyang621900, China; 31Northeast Forestry U niversity, Harbin150000, China AbstractIntrodcing the m ethods of the life test and earthquake2resistant test on nuclear safety2E3E check valve and cut2off prototypes w ith sodium. Key wordsnuclear reactor; safety; valve; earthquake2resistant test 1 概述 随着新能源技术的快速发展,核能作为清洁能 源已得到世界各国的公认,并争相发展。我国出台 的有关能源规划表明,从2010～2020年,中国将新 建核电站31座,核电装机容量达到4 000万kW,核 电比重由现在的1169提升到4。这也标志着核 电将在中国未来的电力发展中扮演更重要的角色。 阀门是核电装置中的安全附件之一,其作为流体介 质管路传输中的重要控制设备,功能性是否满足要 求直接关系到整个核设施的安全。本文以用于中国 实验快堆CEFR的核安全2级钠截止阀DN40 - T 形、DN40 - Z形和止回阀DN40 - T形为例,介绍 该产品寿命试验和抗地震试验的方法。 2 参照标准 CEFR的核安全2级钠截止阀DN40 - T形、 DN40 - Z形和止回阀DN40 - T形在制造过程中 遵循的主要标准和规范如下。 AS ME BPV -Ⅲ- 1 - 95 ND级设备 AS ME BPV -Ⅱ- 95材料技术条件 AS ME BPV -Ⅴ- 95无损检验 HAF0902 - 95民用核承压设备无损检验人员 培训、 考核和取证管理办法 GB 911511 - GB9115126 - 88对焊钢制管法兰 GB 12221 - 2005金属阀门 结构长度 3 试验 311 寿命试验 核级阀门设计使用寿命为40年。阀门按EJ /T 1022111标准进行了机械磨损、 热老化和辐照老化 等相关试验。 1机械磨损试验 机械磨损试验是驱动装置加载情况下相当于 与阀门连接带动阀门开或关时所受到的力 , 经 2 000次循环动作试验。试验后,驱动装置应运转正 常。 2热老化试验 热老化试验是试验过程中,驱动装置经过2 000 次连续循环操作,并在加载情况下进行。驱动装置 置于干燥空气中加热至135℃,试验950h。 3辐照老化试验 辐照老化试验前,驱动装置在加载情况下,完成 41 阀 门 2010年第2期 所要求的机械磨损老化试验操作循环次数的5。 辐照试验在干空气中进行,温度为703℃,γ射线 累计辐照剂量为250kGy。辐照试验前,阀门应转动 灵活、 密封性能符合要求。辐照试验后再重复进行 动作试验和密封试验等,其结果应和辐照前保持一 致。 312 抗地震试验 抗地震试验是为满足核电站阀门设备的需要, 按照IEEE 344、GB 13625核电厂安全系统电气设 备抗震鉴定 和HAFJ 0053 核设备抗震鉴定试验指 南 的要求进行。抗震试验的项目有测试阀门的自 震频率与阻尼比、 五次OBE地震反应考核试验、 一 次SSE地震反应考核试验和性能试验。 模拟地震振动台的震动方向为X、Y、Z三方向 六自由度,最大加速度为X方向410g、Y方向 210g、Z方向410g。频率范围为011～100Hz。 试验时,样机阀门安装在刚性底座上图1 ,刚 性底座与振动台面之间采用螺母固定。与阀门垂直 方向为振动台激励的X方向,与此垂直的方向为Y 方向,竖向为Z方向。 图3 SSE地震试验Z方向台面加速度 时程反应谱对要求谱的包络 1动态特性探查试验 阀门 进 出 口 方 向 Y 向的 固 有 频 率 为 24142Hz,在垂直于进出口方向X的固有频率为 13166Hz,在垂向Z的固有频率74170Hz。 2OBE地震试验 5次OBE试验中,台面X、Y、Z方向输入速度加 512010年第2期 阀 门 速度为图2所示在此仅以X方向为代表加速度 曲线的0165倍,其中任意两条曲线的相关系数均小 于012,且强震部分大于10s,三方向幅度幅值分别 为01709g、01741g和01676g,大于对应的要求谱的 零周期加速度0149g、0159g、0152g。图3给出了X 方向加速度输入的时程反应谱与要求反应谱试验 设定谱的包络情况OBE的谱值为图示谱值的 0165倍 , 台面加速度的反应谱能完全包络要求的 反应谱。5次OBE试验测量结果有很好的重复行。 第5次OBE试验中阀体上部法兰处的加速度 响应示于图2,加速度的最大幅值列于表1中。由 图可见,支撑法兰处加速度计在阀门开的过程中受 电机转动的影响,曲线上有接近于9s的时间段响应 幅值较大。在试验中第5次OBE试验中阀体驱动 装置机构上部的加速度时程示于图4,加速度的最 大幅值列于表1中。 表1 OBE和SSE试验中加速度测量结果 物理量位置编号 OBE 12345 SSE 加速度/g 驱动机 构上部 台面 X116581169811721116691166921897 Y115811145111395113661152521446 Z110511107811202111181112111719 X017091109 Y017411114 Z016761104 5次OBE试验中阀门的最大应力分别为 1918M Pa、21132M Pa、21172M Pa、21141M Pa和 21156M Pa,出现在阀门的阀体支撑悬臂的根部 应变测点1。每次OBE试验中阀门均能在9s内 完成开关操作,未发现泄漏。 3SSE地震试验 SSE试验中台面的X、Y、Z三向地震时程以 X向为例如图2所示,它们的反应谱与各自要求反 应谱的包络情况见图3,三方向加速度幅值分别为 1109g、1114g和1104g,大于对应的要求谱的零周 期加速度0176g、0191g、0180g。台面加速度的反 应谱完全包络要求的反应谱。三方向台面加速度的 功率谱密度PSD 见图5,它们均能包络由对应 的要求反应谱计算得到的PSD80的曲线。阀体驱 动机构上部的加速度幅值见表1。阀体支撑悬臂根 部最大应力为44100M Pa。 试验中和试验后阀门均能在9s内完全开关操 作。阀体结构未见损坏。试验后对阀门在112M Pa 压力下保压15m in,未见任何泄漏,密封完好。阀 门的外观检查未见变形损坏。 4试验结果 试验后阀门结构的动态特性Y向的固有频率 为23168Hz,X向固有频率13166Hz,在垂向Z的 固有频率为75147Hz。 313 其他试验 在试验的质量检验工作中进行了材料成分、机 械性能,冲击韧性、焊接、热处理、无损检验、外 观和尺寸等检验,及壳体水压试验和密封试验,防 腐蚀、清洗和清洁度保持等系列工作。 4 结语 CEFR的核安全2级Z形钠截止阀经过2 000 次循环动作试验、老化试验和辐照试验符合要求。 抗地震考核试验结果表明,按照中国原子能院提供 的楼层反应谱进行的5次OBE地震反应考核试验 和1次SSE地震反应考核试验,试验过程中X、 Y、Z三方向的台面加速度反应谱,包络了试验要 求的反应谱。在所进行的OBE和SSE地震反应考 核试验过程中和试验结束后,样机外形结构及外观 没有裂纹,支耳和驱动装置转动正常,配对法兰及 法兰配件螺钉、螺母及垫片没有松动或脱落 等不正常现象。核级阀门样机在设计使用寿 命期限内,转动灵活,密封性能符合要求。对于类 型相同,尺寸小于经过抗地震试验抗震指标相 同的阀门可以沿用此试验结果。另外同等类型 尺寸一致的阀门,如果已经过抗地震试验,并且其 抗震指标要求低,可进行对照分析,也同样可借荐 使用,以减少经费投入。 参考文献 〔1〕 IEEE344 - 87,核电厂1E级设备抗震鉴定的推荐实施方法 〔S〕. 〔2〕 HAF0400 - 91,核电厂质量保证安全规定 〔S〕. 收稿日期2009112101 61 阀 门 2010年第2期