核一级稳压器电动卸压阀的研制.pdf

文章编号 1002258552009 0120001203 作者简介陈刚1978 - ,男,工程师,从事阀门的设计及开发工作。 核一级稳压器电动卸压阀的研制 陈刚 中核苏阀科技实业股份有限公司,江苏 苏州215129 摘要 介绍了核一级稳压器电动卸压阀的性能参数、 结构及其主要零件的材料,分析了电动卸 压阀冷态循环、 流量、 寿命试验以及地震、 热态试验的试验过程及其技术要求。 关键词 电动卸压阀;核一级;稳压器 中图分类号TH134 文献标识码A Development of nuclear2grade 1 pressurizer relief valve with electric actuator CHEN Gang Sufa Technology Industry Co. , LTD. CNNC, Suzhou215129, China AbstractThe per ance param eter, structures and parts m aterials of nuclear2grade1pressurizer relief valve w ith electric actuator w as introduced. The precesses of qualification test w as analyzed. Key wordselectrical relief valve; nuclear2grade1; pressurizer 1 概述 核一级稳压器电动卸压阀以下简称卸压阀 设置在稳压器上部,与稳压器安全阀一起实施压水 堆核电厂反应堆冷却系统RCS的超压保护并限制 RCS的压力。在二回路失去热阱时,利用安注泵和 电动卸压阀实施一回路Fleed - bleed的运行模式, 导出反应堆的衰变热。在堆芯熔化的严重事故中, 利用电动卸压阀动作实施快速降压,以防高压熔堆。 因此要求卸压阀有极高的稳定性和可靠性,在各种 工况下都能正常工作,并且对泄漏率也有很高要求。 2 性能与结构 211 性能 卸压阀的性能及参数如下。 阀门型号 50CH1L963Y - 420P 公称通径 DN50 公称压力 42MPa 安全等级 1级 抗震要求 SSE 质保要求 QA1 设计温度 400℃ 设计压力 17116MPa 全行程时间 ≤10s 工作介质 带放射性的饱和蒸汽 流量系数 35 212 结构 电动卸压阀整体结构采用截止阀图 1 。阀门 内部采用套筒式结构,阀座由套筒压住。该阀拆卸 方便,不需要专用工具,可大大缩短检修时间。同时 可取消阀座和阀体的螺纹,避免了螺纹损坏,延长了 阀体的使用寿命。阀体和阀座采用较大的配合间 隙,保证在温度剧烈变化时亦不会卡住。检修时只 需拆卸中法兰的螺母,即可将阀门内部零件全部取 出。 卸压阀密封面堆焊硬质合金,并采用了加宽设 计,保证了阀座和阀瓣有较高的强度,减小外力作用 后的变形,提高了密封的可靠性。阀瓣和阀杆采用 螺纹连接,避免了销连接或钢珠连接可能引起的阀 瓣脱落事故。螺纹连接使用了精确设计的防转销, 不需要在装配过程中配作安装孔,提高了零件的互 换性,只需简单工序即可完成阀瓣的更换。而且不 会损伤阀杆和阀瓣的连接螺纹,确保可以进行多次 12009年第1期 阀 门 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 的检修。防转销两端点焊固定,安全可靠,打磨掉焊 点就可拆卸。阀杆头部设有防转凹槽,与防转销之 间有合理间隙,保证阀瓣和阀杆可以有微量的相对 运动,补偿加工和装配过程的累积误差,保证了密 封。最重要的是此间隙不需要在装配时由经验确 定,是设计、 加工时就存在的。阀瓣的导向面堆焊硬 质合金,同时适当增大了配合间隙,避免阀门在运行 时卡住。阀座垫片和中法兰垫片使用夹不锈钢柔性 石墨缠绕式垫片,垫片的内、 外侧都有止口,可以防 止垫片被压散。为防止垫片过度压缩,阀座上设计 了止推台阶。套筒上部开有两个孔,既是工作时的 平衡孔,又是安装、 拆卸时的吊装孔。 图1 卸压阀 阀体和阀盖采用锻件。阀盖和支架为整体式结 构,取消了阀盖和支架之间的法兰连接。在有效提 高阀门整体强度的同时降低了阀门高度,并提升了 阀门的自然频率。而且填料函的位置明显下降,便 于将引漏管安装在中法兰的侧面,有效解决了中法 兰螺母扳手空间和引漏管干涉的问题。另外,由于 没有阀盖和支架连接法兰的阻挡,中法兰螺母的操 作空间显著加大,使用较大体积的液力扳手不会受 到阻挡,使螺母拧紧更加可靠。但整体式的阀盖使 安装填料压板、 指针和防转机构的空间减小,需全部 安装于阀盖中部使用线切割产生的方孔中。通过使 用分体式指针和滑键防转结构有效解决了这一问 题。阀体采用常用结构,但尺寸经过细致计算,在兼 顾工艺性的同时将高度减到最低,降低了重心。 阀体和阀盖采用带缠绕式垫片密封的螺栓法兰 连接。中法兰处预留了一道唇边焊,防止由于操作 压力或温度波动,装置启停时的冷热变换等因素导 致法兰连接处出现不紧密的现象,在重新上紧紧固 件无效的情况下进行密封焊起止漏作用。 阀盖与阀杆动密封采用双层填料。考虑到阀杆 在快速关闭和开启过程中可能会破坏填料密封性能 并产生泄漏,采取了3项措施。一是通过计算填料 的预紧力矩,装配时对填料按圈进行预紧,使其达到 最佳的压缩量,保持良好的变形状态,防止底层填料 因压力不够而失去作用。二是在填料螺母下增加一 个蝶簧组件,形成一个填料防松弛结构,以保持填料 上的压力不变,避免了在阀门运行过程中需经常定 期拧紧螺母的情况。三是在填料函处设有中间引漏 装置,这样可引出泄漏介质避免发生放射性介质污 染事故。 213 计算 按AS ME BPVC - III的条款对阀体、 阀座、 阀 盖、 阀瓣、 阀杆和中法兰等进行应力计算及自振频率 计算,在确定阀门的自振频率大于33Hz后,以等效 静力法按设计应力自重动载荷SSE 阀门驱 动力的载荷组合对阀门的危险断面进行抗震分析。 根据阀门的压力和温度瞬态工况进行疲劳分析。根 据阀门的工况参数,进行了Kv值的计算。 3 试验 为确保试验阀门组件合格,建立阀门组件性能 基准数据 , 在完成试验程序后将基准数据与试验 后检查数据相比较 , 阀门进行了试验前检验,试验 中密封性能满足要求,未发现介质泄漏现象,压力边 界保持完好。其行程时间的试验结果如表1。 表1 试验前检验的阀门行程时间 试验压力 M Pa 电装电压 V 关闭时间 s 开启时间 s 311938091028167 311934291068174 311 冷热循环与交变试验 为验证阀门在冷态下的性能,进行了冷循环试 验。为验证阀门在高温和冷热交变工况时,管线系 统中压力不利的组合下开启和关闭的能力,在高温 高压试验回路上进行了热循环试验。试验过程中阀 门电装力矩、中法兰螺栓预紧力矩、填料螺栓预紧 力矩均无调整变动,填料没有增减和更换,设备各 部均完好,回路压力和温度保持正常,阀门启闭功 能良好,运行平稳,全行程时间与试验前相比无明 显变化,满足规范要求。阀门在模拟工况下循环操 2 阀 门 2009年第1期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 作5 000次,其动作性能仍能保持正常。 312 热影响及排放试验 通过对卸压阀进行热影响试验证明,阀门通过 热冲击后,突发的热流体不会对阀门造成损坏。通 过对卸压阀进行全压差和阶越性压差下的动作性能 试验和饱和蒸汽排量试验,验证阀门的可靠性。试 验中电动卸压阀在蒸汽通过时,瞬变温度大于 260℃/10s。开启阀门蒸汽流动15s后,电动卸压 阀在附加的15s内正常关闭。压差阶越试验从 1512M Pa到1182M Pa,按1182M Pa压差递减,在 每个递减的压差阶越,阀门进行完整的、且为全压 差下的启闭循环试验。电动卸压阀完成了温度瞬变 的热影响试验,阀门运行正常、开启和关闭时间稳 定。 饱和蒸汽流下的全压差性能动作试验,阀门启 闭时间条件满足要求。压差阶越性能动作试验,阀 门启闭条件满足要求。阀门在1512M Pa饱和蒸汽 压差下和在1512～1182M Pa之间按1182M Pa压差 阶越下进行的动作性能试验,通过计时器测得阀门 最大开启时间为8184s,最小开启时间为8160s, 最大关闭时间为9114s,最小关闭时间为8153s。 阀门的开启时间和关闭时间均变化较小,阀门流道 面积10时的饱和蒸汽总平均排量经试验为 7 136kg /h。 试验中流体阻断性能和密封性能满足要 求。 由于卸压阀实测自振频率为43175Hz,为刚性 阀门,因此通过地震静载荷试验验证了阀门在地震 载荷下的可操作性。 排放管和反作用载荷试验的目的是为了验证阀 门受到所有管端包括排放管反作用载荷力, 连同包括压力和自重在内的正常工作载荷作用时阀 门的可操作性。 313 试验分析 各项试验中,阀门的密封性能满足产品设计要 求,未发现介质泄漏现象,压力边界保持完好。拆 散检验表明,阀门零部件没有明显损伤的痕迹,所 测尺寸与试验前检验相比无明显变化。其行程时间 的试验结果如表2。 表2 行程时间试验 试验压力 M Pa 电装电压 V 关闭时间 s 开启时间 s 311938091038168 311934291118175 4 结语 核一级稳压器电动卸压阀的出厂试验、试验前 检验、各项型式试验、试验后分析及各项型式试验 后进行的中间检验的各项性能测试指标如蒸汽 流量、密封性能、压力边界完整性、行程时间 均符合设计任务书、ASM E B PVC-III和ASM E QM E- 1的要求,所有型式试验完成后进行的拆散 检验表明阀门零部件没有明显损伤的痕迹,所测尺 寸与试验前检验相比无明显变化。整个试验系列中 未发现介质泄漏现象,压力边界保持完好。开启和 关闭时间稳定,阀门的自振频率满足要求。 参考文献 〔1〕 臧希年,申世飞.核电厂系统及设备 〔M〕.北京清华大 学出版社,2003. 〔2〕 陆培文.实用阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版 社,2002. 〔3〕 何衍庆,邱宣振.控制阀工程设计、应用和维修 〔M〕.北 京化学工业出版社,2005. 〔4〕 吴国熙.调节阀使用与维修 〔M〕.北京化学工业出版 社,1999. 〔5〕 陆培文.调节阀实用技术 〔M〕.北京机械工业出版社, 2006. 收稿日期2008109104 书讯 阀门产品样本 本书由机械工业出版社出版发行,合肥通用机械研究院与全国阀门标准化技术 委员会主编。本书汇集了我国阀门行业主要生产厂家的有代表性的产品,共计2000多个型号、近4万个 规格。包括各类阀门的外观图、结构图、主要性能参数、主要外形和结构尺寸、重量及主要零件材料,以 及生产厂家等,为工程设计、采购、销售人员及阀门用户正确、合理、经济地选择阀门提供参考资料。书 号ISBN7 - 111 - 18960 - 4,定价290100元/上、下册。 每册加收书价10的邮寄包装费,需要者,请与沈阳经济技术开发区开发大路15号沈阳阀门研究所 科技开发信息中心的尹玉杰联系,邮编110142,电话024 - 25653780。 E-m ail sfskkxzchinavalveinfo. net http / /www. chinavalveinfo. net 32009年第1期 阀 门 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载