核电阀门市场前景.pdf

◆ 0 0 0 、 M j论 _ ∞ 0 j 、 ． ．氍 。 。 - Il 。 曩 。 簟 楚 。 。 与 赫．QM 核电阀门市场前景 陆无核电的历史以来， 我国先后建成 了 广东大亚湾核电站、 秦山二期核电 站、 秦山三期核电站、 广东岭澳核电 站、 江苏田湾核电站。 这些核电站中， 广东大亚湾、 岭澳和秦山一期、 二期、 江苏田湾为压水堆型核电站， 秦山三 期为重水堆型核电站。 核电阀门， 在核电站设备中虽为 附件， 但至关重要。核电用阀门比常 规的大型火力 发电 站用阀门其技术特 点和要求要高。 阀类一般有闸阀、 截 止阀、止回阀、蝶阀、安全阀、主蒸 一 ．核电阀门发展现状 汽 隔 离 阀 、球阀、隔膜阀、减压阀和 核电阀门是核电站中量大面广的 控制阀等； 具有代表性阀门的最高技 水压设备，它连接整个核电站的3 0 0 术参数为 最大口径D N1 2 0 0 mm 核 余个系统， 是核电站安全运行的关键 。 3 级的蝶阀 、D N 8 0 0 m m 核2 级的 附件。据相关资料统计，全世界现有 主蒸汽隔离阀 、 DN 3 5 0 mm 核1 级的 核电机组5 0 0 余座， 总装机容量达4 亿 主回路闸阀 l最高压力约C L 1 5 0 0 l k W 以上，其反应堆类型主要有压水 最高温度约3 5 0 C 介质 冷却剂 硼 堆 P WR 、 沸水堆 B WR 、 石墨堆 化水 等。目 前，核电机组用阀主要 L G R 、 快中子堆 F B R 、 高温气冷 类型如下。 堆 H T G R 、 重水堆 P H WR 。 其中， 1 ．闸阀 压水堆占整个堆型的5 0 ％以上。 1 焊接连接液动双闸板平行式 我国从2 O 世纪5 O 年代开始研究 闸阀 ， 公称压力P N1 7 ． 5 M P a 。 工作温 和应用核动力技术，至今已建成和正 度3 1 5 C， 公称通径DN 3 5 0 ～4 0 0 mm。 在建设多座核电站。 自1 9 8 5 年建成的 2 轻水冷却剂一回路上 主要 浙江秦山一期核电站， 结束了我国大 应用的电动楔式双闸板闸阀， 公称压 GM 通用虮麓 拿副 秘 书 长孙 晓 霞 四 川 省 阀 门 行 业 协 会⋯ ⋯ 。。 。 ⋯⋯ 力 P N 4 5 ．0 MP a ，温度5 0 0 “C，公称通 径DN 5 0 0 m m。 3 大功率石墨慢化反应堆核电 厂一回路上 主要应用的电动楔式 双闸板闸阀， 公称压力P N1 0 ． 0 MP a ， 公 称通径DN 8 0 0 mm，工作温度2 9 0 C。 4 汽轮机装置的蒸汽和工艺水 管路上 主要应用焊接连接电动弹 性板闸阀， 公称压力P N 2 ． 5 MP a ， 工作 温度2 0 0 C， 公称通径D N1 0 0 -8 0 0 m m。 5 大功率石墨慢化沸水堆核电 厂释热元件换料机用的双闸板带导流 孔平行式闸阀， 公称压力P N8 ． 0 MP a ， 开启或关 闭阀门只能在压力降为 △P≤ 1 ． 0 MP a 下进行。 6 快中子反应堆 s核动力装置 带冷冻固封填料的弹性板闸阀。 7 水一水动力堆机组用的内 压 自密封式阀盖楔式双闸板闸阀， 公称压力 P N1 6 ． 0 MP a ，公称通径 DN5 0 0 mm。 8 行程部件上带蝶形弹簧的楔 式双闸板闸阀，中法兰采用螺栓连 接，采用密封焊。 2 ．截止阀 主要用在辅助管线上， 介质为中 等 参 数 的 水和 蒸 汽 。公称 通 径 2 0 0 6 g第2 期 9 维普资讯 D N1 0 3 5 0 m m， 公称压力P N1 7 ． 2 MP a l工作温度3 7 1 ℃， 该 阀多为波纹管密封， 焊接连接。 3 ． 蝶阀 主要用在核电厂冷却系统中，公称压力P N0 ． 3 2 ． 5 MP a 以下，工作温度在 1 0 0 1 5 0 “C，公称通径D N8 0 5 5 0 0 mm。 风道系统中 应用快速关闭蝶阀， 公称通径D N 4 0 0 1 2 0 0 m m 。 4 ．电磁阀 公称压力P N 4 ． 0 MP a ， 工作温度≤1 5 0 “C， 公称通径D N ≤1 5 0 m m，其优点是动作时间较短，尺寸小，重量轻，可 用交、直流电源来操作，动作时间在零点几秒到3 s 。 5 ．调节阀 为了保证核动力装置的自动化，要求使崩大量的调节 阀， 主要功能是以一定的精度保持流量、压力、 温度、 水位 等这样 些规定被调节的参数。 调节阀按操纵方式可分为 由外部能源 气动、 液动或 电动 来操纵的调节阀 靠工作介质本身而无外部能源操纵 的调节阀；手动调节阀； 直接作用式调节器。 按调节介质流 量的方式分 单座和双座调节阀、 调节闸阀， 球形调节阀和 蝶形调节阀。在核电厂应用最广的是双座和单座调节阀。 核电站用调节阀技术参数范围公称通径 DN1 ． 5 - 1 5 0 0 m mI公称压力 P N 4 ． 1 - 6 8 ． 8 MP a；工作温度5 3 8 C。 6 ．安全阀 在核电厂的一回路上，安全阀一般安装在容积补偿器 上， 除了一回路的主安全阀外， 在冷水反应堆的每个环路被 封闭的部分， 还安装了通径较小的附加安全阀。 核电厂主要应用 直接作用式安全阀 全启式和微启式 ， 先导安垒阀 公称通径D N 6 0 0 m m， 动作压力为1 ． 2 6 5 MP a ， 带 辅助装置的先导安全阀，防爆膜装置等。 核电站用安全阀技术参数范围公称通径 D N 1 5 1 5 0 0 mmI公称压力P N2 ． 0 7 0 MP a ；工作温度一 2 5 3 - 5 3 5 C。 7 ．保护阀和分相阀 保护阀如同安全阀一样，用以防止所在系统发生事故 工况，当所在监视的参数超出规定值时自行关闭。 保护阀可分成自动动作和受控保护装置，自动动作保 护阀包括止回阀和切断阀， 保护装置由快速切断装置 快速 切断阀、闸阀和停汽阀 、敏感元件 反映受控参数的变化 并给出执行信号 和驱动机构 气动、 液动和电动 所组成。 保护阀的结构和闸阀、 截止阀相似， 但其不劂特点足快速动 作，其快速动作阀的公称通径可达 D N 7 o 0 8 0 0 mm。 8 ． 快速动作闸阀 快速动作闸阀是用来把蒸汽发生器和汽轮机断开，其 1 O 2 晰年第2 期 GM论坛G lII 0 0 工作介质为蒸汽， 工作压力级为C L 6 0 0 - 2 5 0 0 ， 公称管径为 2 ． 5 3 0 i n ， 工作温度为一 2 9 1 0 5 0 C。 壳体材料为WC B 、 WC 6 、 WC 9 ，连接方式为对焊连接与法兰连接。 9 ．分相阀 在核动力装置的分相阀中， 主要使用的是蒸汽疏水阀， 主要用来自动地排除蒸汽管道内的凝结水， 通常用敞口向上 浮子式蒸汽疏水阀， 热动力型圆盘式蒸汽疏水阀和热静力型 双金属片式蒸汽疏水阀。 核 电 站 用 疏 水 阀 技 术 参 数 范 围 公称 通 径 D N2 5 5 0 mm{公称压力P N 6 ． 3 I 5 MP a。 1 O ．隔膜阀 主要用于核电站核岛系统中放射性水蒸气重水，公称 通径D N 8 5 0 0 mm 该阀在核岛系统中约占所用阀门总数的 2 6 ． 2 ％ 。 1 1 ．球阀 公称通径D N6 3 5 0 mml公称压力P N1 ． 0 1 4 ． 5 MP a； 工作温度 一 1 9 6 5 0 0 C 。该阀在核岛系统中约占所用阀门总 数的 1 2 ． 8 ％。 1 2 ．单向阀 核电用止回阀， 包括平衡、 角式， Y 型和旋启式4 种类 型， 其技术参数范围公称通径D N1 5 - l 5 0 0 mm；公称压力 P N2 ． 0 7 0 MP a l工作温度一 2 5 3 - 5 3 5 ℃。 1 3 ．隔离阀 主要用于核电站反应堆冷却水的一回路隔离阀和轻水堆 饱和蒸汽的主蒸汽隔离阀。其公称通径D N 4 5 0 1 2 5 0 mm。 1 4 ．其他 如减压阀、紧急切断阀、自动阀等。 、国内核电阀f l l 造存在的问题 由于国内阀门设计、制造和生产能力低于国外先进水 平， 加之自 动化控制水平的限制， 所以在重要的核电阀门 技 术方面一直未有突破。主要表现在 1 ．设计水平不高 国内阀门的设计水平与科技发达国家相比，有很大差 距。至今， 一些主蒸汽隔离阀、 大口径安全阀、 抗地震控制 阀等技术含量高的核电阀门仍未取得重大突破。 2 ．制造设备、工艺落后 国内核电阀门制造设备大多以万能机床为主，产品制 造精度偏低， 加之， 其制造工艺水平落后， 例如， 锻焊结构 时采用的真空电子束焊接工艺和剪切挤压技术都未得到普遍 的推广应用， 所以制造出来的阀门远不能满足核电装备的运 GM 通阳机桩 维普资讯 w w w . b z f x w . c o m I G M论坛 f j lJ Ill 行需求。 3 ．驱动执行机构控制水平罩 j } 国内核电阀门配套驱动执行机构，其性能和控制水平 只相当于国 外2 O 世纪8 O 年代水平， 其动作灵敏度差， 可靠 性总体水平落后。 4 ．自动化控制能力滞后 自 动化控制能力包括信号采集， 信号比较， 信号放大， 信号返回等一系列控制能力。核电2 O 万k W以上的大型机 组普遍采用计算机自 动控制。 而国内核电阀门的计算机水平 滞后于发达国家， 所以核电系统的阀门自 动化控制能力也处 于滞后的状态。 兰 核电阀门市场需求 全世界现有核电机组5 0 0 余座， 我国已建成6 座 总装 机容量达8 7 0 万k W 目前， 我国正计划筹建4 座秦山 一 期扩建两台3 O 万k W 机组；秦山二期 3 、 4 号机组l Zf 7 核电6 台百万k W级核电机组，田湾核电站4 台百万k W级 核电机组。据悉，在2 0 2 0 年之前， 我国还将计划在广东深 圳岭东、阳江和台山，重庆涪陵，大连等地拟建2 O 余座核 电站。 目 前，我国又开始致力于研究国际先进的第三代技术 核电机组，该工程已纳入2 0 0 6 年起的国家第十一个五年计 划， 预计到2 0 2 0 年将建成可商用的原型核反应快堆。第三 代压水堆核电技术的安全性相当高， 能有效预防和缓解类似 切尔诺贝利核电站那样的爆炸泄漏严重事故， 同时， 该技术 缩短了建设周期， 1 8 2 4 个月换一次核原料 ， 延长了机组寿 命6 O 年， 大大提高了经济性。 据了解， 根据我国能源规划， 2 0 2 0 年核电将发展到4 0 0 0 万k W， 占总装机容量的4 ％ 一 5 ％ 。 从我国核电机组的发展来看，核电阀门的需求量远高 于同容量级的火电站。 以容量为8 O 万k W的核电站为例， 通 径D N 2 5 1 0 0 0 m m的阀门需求量为8 0 0 0 1 0 0 0 0 台， 为同 类火电站的2 - 3 倍。据统计分析，一座有2 套百万k W级核 电机组的核电站需各类阀门3 万台， 按每年有2 5 0 万k W核 电机组建设计算， 每年核电阀门的需求量在3 ． 8 万余台。 据 国家 “ 十一五”规划预测，“ 十一五 期间核电站的阀门需 求额将为3 O 亿元，年均需求为 6 亿元左右。另外，由于核 电站花在阀门上的维修费一般占核电 站维修总额的5 0 ％以 上， 每年核电站花费在阀门上的维修费用约为1 ． 5 亿元。 由 此来看，核电阀门的市场需求量是相当大的。 四 核电阀门技术要求 核电阀门，由于其使用工况特殊、复杂、恶劣， 加之量 l |． _ Ⅲ 一产毖与 场 大面广， 故其要求较高。 1 ． 核电阀门工作条件 核电阀门除了其工况环境错综复杂之外，其输送介质 的放射性和温度、压力等级的苛刻性也是很特殊的。 核电阀门输送的介质主要为 饱和蒸汽、 冷凝水、 放射 性水蒸气重水、 辐照腐蚀物、 放射性介质、稀硫酸和碱液、 二氧化碳、钠、氦、油、真空等各种流体介质。 一 回路上的大通径阀门工作条件是最复杂的， 在现阶 段核动力装置上的蒸汽参数比热电厂的蒸汽参数 压力 2 2 ． 5 MP a 、 温度5 6 5 “C 要低， 但核电厂运行条件却复杂得 多。 在液态金属冷却剂的快中子反应堆装置上， 蒸汽参数为 最高 汽轮机前的蒸汽温度为6 0 0 ℃，压力为 1 4 ． 0 MP a 。 2 ． 桉电阀门常见故障类型 在核电站系统中运行的阀门，最常见的故障类型有如 下四种。 1 阀杆泄漏。 2 阀座泄漏。 3 执行机构选配过大或关闭力矩过高引起的密封面损 坏。 4 外泄漏。 3 ． 桉电阀门技术要求 根据核电阀门运行的实际工况，核电阀门其技术特点 和要求比火力发电阀门更高。 核电阀门的技术要求除了阀门 常规的技术要求外， 还要着重考虑介质中杂质的污染、 环境 温度、 运行温度、 环境湿度、 放射性、 直流电源及电压波动、 有关地震和振动条件下稳定性的技术要求、 安全等级等等。 1 核电阀门的设计 1 强度设计 核电阀门设计中，强度计算是必不可少 的。 除常规的强度计算、 有限元分析和抗震计算分析外， 对 核安全1 级的阀门， 还要求进行 一次薄膜应力的极限计算、 一 次薄膜应力弯曲应力的极限计算、 与回路启停循环有 关的一次加二次应力变化幅度的极限计算、 除回 路中启停 工况以外的一次加二次应力的变化幅度极限计算、 疲劳性能 分析。 2 结构设计 由于核电系统输送介质大多带有放射性， 不允许有任何泄漏， 故结构设计中阀门的填料、 波纹管、 阀 座的密封结构设计尤为重要 阀体的形状设计，规定在 A S ME 标准中 。国外， 填料一般采用多重密封结构、0环 密封结构和填料层之间夹碟簧的填料箱密封结构。 波纹管一 般采用组合波纹管密封结构。 对重要的高压阀门， 阀座采用 锻造结构。 此外， 阀体与管道的连接采用对接或承插焊接结 G 通用棚麓 2 0 0 6 g第2 期 t 1 维普资讯 w w w . b z f x w . c o m 构。 2 核电阀门的材料 核电阀门的材料必须具有良好的耐腐蚀、 抗辐照、 抗冲 击和抗晶间腐蚀。一般情况下 1 承压零件必须采用A S MEB P V C I I D 一 1 中的 材料要求。 2 阀杆和承压螺栓常采用沉淀硬化钢制造。 3 填料多用石墨纤维、纯石棉或膨胀石墨。 3 核电阀门驱动装置 核电阀门驱动装置的性能和质量非常重要和关键，必 须具有安全操作的可靠性， 同时， 应能承受温度、 压力、 湿 度、 辐照、 地震破坏、化学污染及所供电源变化的最大值， 而且必须在发生失水故障的情况下， 仍能在规定的期限内工 作 一般标准为 1 4 天 。 此外，除了驱动装置的电动部件要求用O形密封圈将 其与外部环境密封隔离之外， 驱动装置的设计者还应考虑核 电工况用高压阀门的快速操作问题 一般标准， C L I 5 0 0 的 1 4 i n以下的阀门，其快速操作时间为 1 0 s 。 4 核电阀门的试验与检验 1 核电阀门需进行常规的水压试验一壳体试验、阀瓣 强度试验、上密封试验、阀座密封试验、填料密封试验。 2 对带有执行机构，如电动、气动阀进行抗震试验。 3 对所有操作形式的阀门进行静压寿命试验。 4 对一回路的重要阀门还必须经过冷态、热态和 L O C A事故 即失水事故的试验。 美国 的A S ME 、F t 本的J E M等标准， 对上述试验及检 验作了详细描述，并提供了评定标准。 五．核电阀门发展趋势 1 ．核电机组发展方向 据资料分析，在核电站的建设中，机组容量的发展方 向，国外主要向1 3 O 万、1 4 0 万及 1 5 0 万k W方向发展。国 内主要向8 O 万、9 O万及 1 0 0 万k W方向发展。核电设备将 向大型化、高参数、高性能方向发展。 2 ．核电阀门发展方向 随着核丁 业的发展， 核电站设备大型化、 高参数、 高性 能及可靠性、 安全性的要求越来越高。 这就要求核电阀门也 能适应这种发展趋势。 核电用阀发展的具体类型、参数如下 1 无填料函的闸阀 1 液压驱动闸阀该阀借助自身压力水推动活塞开 启或关闭，该阀公称通径DN3 5 0 、4 0 0 mm；工作压力 1 2 2 0 0 6 z 第2 期 GM论坛 G t,0 ij ii 0 0 j 曩_譬 0 P N1 7 ． 5 MP a ；工作温度 3 1 5 ℃。 2 全封闭型电动闸阀 该阀应采用特制的屏闭式电动 机， 通过浸水工作的内行星减速机构使闸板作启闭运动。 该 阀公称通径D N1 0 0 - 8 0 0 m mI工作j 玉力P N 2 ． 5 4 5 ．0 MP a ；工 作温度2 0 0 ～ 5 0 0 C。 上述两种无填料函闸阀优点 没有填料密封， 避免了 外 漏点，同时，减少能耗。缺点结构复杂、造价较高。 2 截止阀 用于辅助管路上的截止阀。 该阀通常为三种结构， 即填 料式截止阀、 波纹管式截止阀和金属膜片式截止阀。 该阀介 质为中等参数 中温、中压的水和蒸汽；公称通径 DN1 0 -1 5 0 mm。 3 蝶阀 用于冷却系统和安全壳内输送空气介质的系统中的蝶 阀。 该阀通常为三种结构， 即同轴直连式衬胶蝶阀、 偏心式 金属密封蝶闷和双动式 蝶板在回转前先脱开密封面再回 转金属密封蝶阀。该阀公称通径 D N≤2 5 0 0 mm；工作 压力P N4 ．0 MP a ；工作温度i 0 0 ～ 1 5 0 C。此外，用于风道 系统中的 快速关闭蝶阀， 其公称通径 D N 4 0 0 1 2 0 0 m m也 列为发展的方向。 4 带探测器的先导式安全阀 用干核岛系统中的带探测器的先导式安全阀。采用带 探测器的先导式安全阀， 可以根据压力与弹簧力平衡的敏感 关系， 来改变位置控制释放和加充介质的两个触点的原理， 从结构上避免卡阻问题。 该阀采用正作用式带弹簧预紧和波 纹管密封的阀瓣结构， 可以保证可靠的密封。 该阀公称通径 D N6 0 0 mm；工作压力P N1 ． 2 6 5 MP a 。 5 止回阀型隔离阀 用 ’ 蒸汽系统的止回阀型隔离阀， 其结构形状类似干 升降式止回阀。该阀公称通径D N6 4 ～ 8 0 0 mm 2 ． 5 - 3 0 i n ； 工作压力P N1 ， 0 - 4 2 ， 0 MP a C L 6 0 0 2 5 0 0 I工作温度 一2 9 -1 0 5 0 ℃ 。 6 主蒸汽隔离阀 核岛和常规岛用主蒸汽隔离阀、 主给水阀门， 其公称通 径D N8 0 0 mil l ；公称压力4 0 ． 0 MP a ；温度7 0 0 “ C。 此外， 满足地震要求的安全阀、 核燃料提取用的软硬密 封高真空电磁阀、上装式核电球阀也是急需开发的核电阀 门。 生产核级阀门产品应严格按照核行业标准E J 、美国 AS ME、I E E E标准及法国压水堆核岛机械设备设计和建造 规则R C C M等规定要求。GM GM 通用机 艟 维普资讯