1 概述
核電閥門是指在核電站中核島（N1）、常規(guī)島（CI）和電站輔助設(shè)施（BOP）系統(tǒng)中使用的閥門。核安全分為安全級(jí)別Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ核安全等級(jí)和非核級(jí)Ⅰ最高等級(jí)要求。可分為設(shè)計(jì)規(guī)范等級(jí)C1級(jí)、C2級(jí)及C3級(jí)。壓力組可分為Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ組。核電閥是核電站中使用較多的介質(zhì)輸送控制設(shè)備，是核電站安全運(yùn)行的重要組成部分。
2 閥門設(shè)計(jì)
2.1 小口徑截止閥
（1）C一級(jí)小直徑截止閥
C1級(jí)小直徑截止閥的閥體和閥蓋應(yīng)設(shè)計(jì)為整體。閥體和閥蓋可以密封連接。如無其他特殊規(guī)定，焊接應(yīng)在工廠內(nèi)完成。閥體和閥蓋采用鍛件、模鍛或軋件焊接結(jié)構(gòu)。截止閥禁止使用鑄鋼。用戶同意調(diào)節(jié)閥使用鑄鋼。
壓力Ⅰ組和Ⅱ組C由1級(jí)小直徑截止閥蓋和閥瓣組成的上密封面表面應(yīng)堆焊硬質(zhì)合金。Ⅲ組裝閥的非合金鋼閥蓋上的密封面應(yīng)堆放焊接不銹鋼。如果閥門不是整體設(shè)計(jì)，其組件應(yīng)焊接組裝，以消除通過密封面泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。Ⅰ組和Ⅱ閥座和閥瓣的密封面為表面硬合金堆焊。Ⅲ除表面硬質(zhì)合金堆焊的氣動(dòng)截止閥外，組閥的密封面可為裸露的不銹鋼。閥座可焊接成型或焊接座圈。調(diào)節(jié)閥的閥座可與閥套集成。
C除使用旋轉(zhuǎn)閥桿的金屬隔膜閥外，一級(jí)小直徑截止閥只允許使用滑動(dòng)閥桿。閥桿應(yīng)拋光，與填料接觸部分的直徑公差應(yīng)小于0.05mm。閥桿的精加工表面應(yīng)保證不會(huì)由于閥桿與填料之間介質(zhì)泄漏而產(chǎn)生腐蝕或侵蝕。閥瓣與閥桿可以輕微活動(dòng)以便對(duì)中，但不能在閥桿上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)節(jié)閥的閥瓣應(yīng)固定在閥桿上。
（2）C二級(jí)小直徑截止閥
C如果2級(jí)小直徑截止閥為隔離閥和手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，則應(yīng)為整體設(shè)計(jì)。閥體和閥蓋可以密封焊接或螺紋連接。如果沒有其他特殊規(guī)定，焊接應(yīng)在工廠內(nèi)完成。然而，壓力級(jí)為10MPa（600Lb）以下閥門允許閥蓋用螺栓與閥體連接，以防止墊片密封結(jié)構(gòu)過度壓縮。閥體和閥蓋采用鍛造、模鍛或軋件焊接結(jié)構(gòu)。鑄鋼可用于第一Ⅲ壓力組。用于鑄鋼Ⅰ、Ⅱ壓力組的調(diào)節(jié)閥必須經(jīng)用戶同意。
閥蓋蓋和閥瓣組成的上密封面不需要表面焊接硬合金。不銹鋼應(yīng)堆放在非合金鋼閥蓋的密封面上。Ⅱ組和Ⅲ組閥門的上密封面可直接設(shè)在閥桿上。當(dāng)閥瓣由多個(gè)零件組成時(shí)，應(yīng)采用點(diǎn)焊或機(jī)械方法裝配。壓力Ⅰ組和Ⅱ閥座和閥瓣密封面為表面堆焊硬質(zhì)合金。Ⅲ組閥的密封面必須是表面焊接硬合金的氣動(dòng)截止閥，其余可為裸露的不銹鋼。閥座可以焊接或焊接到座圈上。調(diào)節(jié)閥的閥座可與閥套集成。
除金屬隔膜閥可采用旋轉(zhuǎn)閥桿外，只允許不旋轉(zhuǎn)閥桿。閥桿表面應(yīng)無撓度，與填料接觸部分的直徑公差應(yīng)小于0.05mm。閥瓣和閥桿可以輕微移動(dòng)，以調(diào)當(dāng)調(diào)整，但不能在閥桿上自由旋轉(zhuǎn)。
（3）C三級(jí)小直徑截止閥
C三級(jí)小直徑截止閥的閥體與閥蓋采用凹凸法蘭連接，法蘭之間安裝密封墊片，用螺栓緊固。如無特殊規(guī)定，也可采用非焊接螺栓連接。鑄鋼制造閥體和閥蓋。Ⅱ組的閥門可采用閥桿上的密封結(jié)構(gòu)。如果上密封面在非整體設(shè)計(jì)的閥門上，則應(yīng)焊接閥門的組合部件。Ⅲ組的閥門不一定要密封。Ⅰ組和Ⅱ組閥座和閥閥密封表面堆焊硬質(zhì)合金。Ⅲ組閥的密封面質(zhì)合金氣動(dòng)截止閥外，組閥的密封面可為裸露不銹鋼。閥座可焊接成型或焊接座圈。調(diào)節(jié)閥的閥座可與閥套集成。
閥桿表面應(yīng)無撓度，與填料接觸部分的直徑公差應(yīng)小于0.05mm。填料函的內(nèi)表面應(yīng)精加工。閥瓣與閥桿可輕微移動(dòng)，以調(diào)節(jié)對(duì)中，但不能在閥桿上自由旋轉(zhuǎn)。
2.2 閘閥和大直徑截止閥
（1）C1級(jí)閥門
C一級(jí)閥門的閥體可采用鍛鋼和鑄鋼。當(dāng)壓力邊界上的焊縫可用射線或鍛造焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查時(shí)。各壓力組的閘閥、大直徑截止閥和調(diào)節(jié)閥的閥體和閥蓋用螺栓和壓力自密封連接。如有特殊要求，閥體和閥蓋可用唇螺栓密封。
閥蓋上的密封面應(yīng)堆焊硬質(zhì)合金或不銹鋼(最小硬度25HRC）。用于過熱蒸汽的閥桿上密封面應(yīng)堆焊硬質(zhì)合金，或13%~17%Cr不銹鋼(最小硬度20HRC）。硬質(zhì)合金應(yīng)堆焊在閥座和閥瓣密封面表面。
閥桿應(yīng)無撓度，表面應(yīng)，最大表面粗糙度Ra=0.4μm。閥桿直徑公差小于0.1mm。填料函最大表面粗糙度Ra=1.6μm。
（2）C2級(jí)閥門
C二級(jí)閥體可采用鍛鋼和鑄鋼制成。當(dāng)壓力邊界上的焊縫可用射線或鍛造焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查時(shí)。各壓力級(jí)閥體與閥蓋的連接采用壓力自密封和帶密封的螺栓連接。壓力級(jí)5.0MPa以上級(jí)別采用凹凸配合面和全嵌入式墊片。如有要求，閥體與閥蓋的連接應(yīng)采用凹凸墊片、密封唇和螺栓固定。閥蓋與閥桿上的密封面可焊接硬合金。不銹鋼應(yīng)堆放在非合金鋼閥蓋的密封面上。
閥桿應(yīng)無撓度，表面應(yīng)研磨，與填料接觸的閥桿直徑公差應(yīng)小于0.1mm。填料函內(nèi)表面的粗糙度Ramax=1.6μm。
密封面的一個(gè)表面(閥座或閘板)堆焊硬質(zhì)合金。另一個(gè)表面在壓力級(jí)≥6.8MPa（400Lb）硬質(zhì)合金堆焊時(shí)，壓力級(jí)≤5.0MPa（300Lb）堆焊不銹鋼。
♂
（3）C3級(jí)閥門
C三級(jí)閥體可采用鍛鋼、鑄鋼或軋件焊接而成。閥體和閥蓋應(yīng)用密封螺栓連接。墊片可以是非嵌入式的。閥蓋和閥桿上的密封面可以堆放和焊接硬合金。壓力級(jí)6.8MPa（400Lb）閥門密封面應(yīng)在表面焊接硬合金，閘板與閥座的硬度差異較大，壓力級(jí)為5.0MPa（300Lb）以下閥門密封面應(yīng)堆焊不銹鋼。
閥桿應(yīng)無撓度，表面應(yīng)研磨，與填料接觸部分的閥桿直徑公差應(yīng)小于0.1mm，表面粗糙度Ramax=0.8μm。填料函表面粗糙度Ramax=1.6μm。
2.3 止回閥
一般來說，小直徑截止閥、大直徑截止閥和閘閥對(duì)閥體與閥蓋之間連接的規(guī)定也適用于提升止回閥和旋轉(zhuǎn)止回閥。（1）小直徑提升止回閥小直徑提升止回閥桿的導(dǎo)向部分應(yīng)有足夠的長度，使閥門無障礙自由移動(dòng)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)有平衡孔，以避免活塞效應(yīng)。
C1類升降止回閥的閥瓣和閥座密封面應(yīng)堆焊硬質(zhì)合金。禁止使用錐形座和錐形環(huán)形座。C2類升降式止回閥壓力Ⅰ和Ⅱ組閥的密封面應(yīng)為表面堆焊硬質(zhì)合金。根據(jù)操作條件，合成橡膠閥座可用作非核標(biāo)準(zhǔn)閥的另一個(gè)密封面。Ⅲ組閥不需要表面硬合金堆焊。合成橡膠閥座可用作密封面。如果是分離的，可以焊接。
(2)旋啟式止回閥
旋啟止回閥各壓力組的旋啟止回閥C1和C二級(jí)閥及壓力Ⅱ組的C三級(jí)閥門的閥座和表面應(yīng)堆焊硬質(zhì)合金。Ⅲ組的C3類閥門的密封面應(yīng)堆放在不銹鋼或硬合金上。無論閥門中是否有介質(zhì)，閥門都應(yīng)自重返回關(guān)閉位置。如果可能，閥門應(yīng)浸入閥門中的介質(zhì)中。閥門與搖桿連接機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的擺動(dòng)空間，以確保閥門準(zhǔn)確返回座椅。閥門的相對(duì)搖桿不能旋轉(zhuǎn)。核標(biāo)準(zhǔn)閥的搖桿銷軸不得穿透閥體。如果閥座是分離的，則可以焊接。
2.4 球閥
一般情況下，球閥應(yīng)設(shè)計(jì)為直通式，即閥口不小于接管橫截面的80%.大球體應(yīng)向上下導(dǎo)向，禁止使用潤滑劑。閥體可采用鑄鋼、鍛鋼、軋制或鍛造型材。閥桿應(yīng)插入球體，并配備安全裝置，以防止球與閥桿相對(duì)旋轉(zhuǎn)。閥桿應(yīng)與閥體中的導(dǎo)向襯套對(duì)齊。閥桿的密封表面應(yīng)研磨，C1和C2級(jí)閥門Ramax=0.4μm，C3類閥門Ramax=0.8μm。應(yīng)采用閥桿密封O圓圈。球面粗糙度。Ramax=0.4μm。閥座應(yīng)采用合成橡膠。球體的運(yùn)動(dòng)應(yīng)由兩個(gè)限位裝置組成，一個(gè)用于全開位置，另一個(gè)用于關(guān)閉位置。
3通用設(shè)計(jì)
3.1 閥門開關(guān)
閥門應(yīng)滿足每天至少4次開關(guān)循環(huán)，并能承受1500次開關(guān)循環(huán)。閥門應(yīng)連續(xù)工作至少10年，除潤滑、填料重新壓縮、填料異常損壞時(shí)更換、必要時(shí)螺栓緊固外。壓力外殼部件的設(shè)計(jì)壽命為40年。
3.2 操作壓差
除設(shè)備技術(shù)規(guī)范另有規(guī)定外，非合金鋼和奧氏體不銹鋼閥的工作溫度為400℃下鉻合金鋼閥的操作壓差（△P）工作壓力應(yīng)等于最大允許。
3.3 手動(dòng)傳動(dòng)裝置
手動(dòng)閥的傳動(dòng)裝置應(yīng)能在壓差等于操作壓差△P開關(guān)閥門時(shí)，手輪的總操作力不得超過300N，行程起止時(shí)間不超過600N。允許使用減速裝置。無論是否使用減速裝置，手動(dòng)傳動(dòng)裝置的切向操作使用減速裝置。N閥門不得永久變形。截止閥的密封面不得損壞。
備用手動(dòng)傳動(dòng)裝置氣動(dòng)閥手輪的總操作力不得超過300N，行程起止時(shí)間不超過6000N。
電動(dòng)閥備用手動(dòng)傳動(dòng)裝置應(yīng)符合《壓水堆核電廠閥門電動(dòng)裝置》的規(guī)定。
3.4 壓降系數(shù)
當(dāng)閥門完全打開時(shí)，閘閥和球閥的壓降系數(shù)（L/D）應(yīng)＜13，截止閥和三通閥的壓降系數(shù)應(yīng)＜140，旋啟式止回閥和隔膜閥的壓降系數(shù)應(yīng)＜135，調(diào)節(jié)閥和升降式止回閥的壓降系數(shù)應(yīng)＜340。
3.5 閥門與管道連接
除另有規(guī)定外，閥門與管道的連接可采用焊接型、法蘭型和螺紋型。
（1）焊接型
承插焊用于≤DN25（1in.）閥門與管道的連接。對(duì)接焊用于≥DN閥門與管道的連接。
（2）法蘭型
法蘭應(yīng)符合ASMEB16.5.管道法蘭和法蘭管件的規(guī)定。在輸送放射性介質(zhì)的回路上，也可包括密封焊（如密封唇焊）。
（3）螺紋型
非儀表氣壓縮空氣系統(tǒng)可采用螺紋連接。
3.6 閥桿和填料
除另有規(guī)定外，閥桿的螺紋部分不得與輸送流體接觸，閥桿和閥桿的螺母部件應(yīng)自鎖。閥桿和填料應(yīng)耐各種腐蝕。填料應(yīng)滿足要求Q/BU.J1502-93要求。填料應(yīng)由石墨和膨脹石墨制成。
3.7 硬質(zhì)合金表面堆焊
盡量避免12%~17%Cr鈷基硬質(zhì)合金堆放在不銹鋼上。核標(biāo)準(zhǔn)閥應(yīng)符合《核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與施工規(guī)則》S《碳鋼、低合金鋼或合金鋼耐磨堆焊條例》。
3.8 驅(qū)動(dòng)裝置
當(dāng)手輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥門關(guān)閉，箭頭標(biāo)記方向和開和關(guān)字樣。
(1)手動(dòng)裝置
手動(dòng)閘閥的設(shè)計(jì)應(yīng)允許更換電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)90°手柄長度與閥門尺寸有關(guān)。在開啟位置，手柄與介質(zhì)流向相同。為減少錯(cuò)誤，手柄應(yīng)配備防止誤操作的裝置，以確保手柄僅固定在同一位置。
♂
(2)電氣裝置
電動(dòng)應(yīng)優(yōu)先考慮手動(dòng)和電動(dòng)操作。手輪應(yīng)自動(dòng)從驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中分離出來。閥桿螺母不得與電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)集成。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不得從閥桿上拆卸螺母。備用手動(dòng)操作裝置，當(dāng)配備減速比大于10的齒輪減速裝置時(shí)，應(yīng)配備扭矩開關(guān)動(dòng)作視覺指示器。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也應(yīng)滿意EJ/T1022.11.閥門與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接應(yīng)自鎖，電機(jī)必須防水防塵(防護(hù)等級(jí))IP55）絕緣性能應(yīng)適應(yīng)運(yùn)行條件。扭矩開關(guān)的操作模式應(yīng)允許兩個(gè)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)。扭矩開關(guān)應(yīng)為測力計(jì)，過載時(shí)可跳閘。截止閥和隔膜閥必須保證連續(xù)可靠的閥瓣密封。
平行閘閥和球閥在正常關(guān)閉過程中，當(dāng)閥瓣到達(dá)指定位置時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由限位開關(guān)停止。扭矩開關(guān)只在限位開關(guān)故障或操作事故發(fā)生時(shí)使用。全開關(guān)由限位開關(guān)操作。扭矩開關(guān)作為備用。在正常關(guān)閉過程中，楔形閘閥、平行雙閘門閘閥和截止閥驅(qū)動(dòng)閥瓣移動(dòng)，由扭矩開關(guān)停止，限位開關(guān)可作為位置探測器。全開關(guān)由限位開關(guān)操作，扭矩開關(guān)備用。
(3)氣動(dòng)裝置
氣動(dòng)閥應(yīng)采用手動(dòng)操作裝置作為備用裝置（除其他規(guī)定外）。設(shè)計(jì)應(yīng)使操作裝置的拆卸過程確保介質(zhì)不泄漏到外部。除非特別說明，所有氣動(dòng)閥應(yīng)設(shè)置備用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，并應(yīng)具有開關(guān)位置指示、中間位置指示（如有要求）、鎖定在中間位置（如有要求）和易于拆卸。
對(duì)于調(diào)節(jié)閥，制造商應(yīng)準(zhǔn)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸報(bào)告，所有參數(shù)必須經(jīng)過驗(yàn)證和認(rèn)可。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上殼應(yīng)可拆卸。儀器采用壓縮空氣分配系統(tǒng)（SAR）壓力見閥門采購要求和清單。執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)能夠在閥門清單下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)能夠在氣源壓力范圍內(nèi)執(zhí)行其功能。當(dāng)閥門承受壓力時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)能夠拆卸。通常，除帶填料壓縮裝置的調(diào)節(jié)閥外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)在不影響閥桿密封的前提下設(shè)計(jì)為可拆卸型。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)具有儲(chǔ)存能量的特點(diǎn)，使閥門在失去氣源或電源時(shí)能夠恢復(fù)到故障-安全位置的開關(guān)）。故障-安全位置由閥門采購要求和清單確定。該系統(tǒng)應(yīng)使閥門在最大壓差和特殊環(huán)境條件下保持在故障-安全位置。
3.9 位置指示器
所有閥門應(yīng)有清晰的開關(guān)位置指示標(biāo)志。所有電動(dòng)閥應(yīng)配備閥門位置視覺指示器。對(duì)于平行閘閥，閥門回座應(yīng)在關(guān)閉位置。閥桿限位開關(guān)應(yīng)具有指示和控制功能的電觸點(diǎn)。電動(dòng)閥限位開關(guān)的要求應(yīng)符合壓水堆核電廠閥電動(dòng)裝置的規(guī)定。
3.10 填料函引泄漏
為保證核標(biāo)準(zhǔn)級(jí)閥門閥桿的密封性，應(yīng)采用雙填料中間引漏環(huán)和引漏接管結(jié)構(gòu)（有特殊規(guī)定除外）。引漏管應(yīng)為10cm長，21.3mm×2.77mm的平直管。
3.11 其他裝置
除電動(dòng)閥外，所有隔離閥均應(yīng)有鎖定裝置，使閥門鎖定在開關(guān)位置。
楔形閘閥應(yīng)設(shè)計(jì)防止閥桿在閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，以免損壞密封面。
機(jī)械鎖緊裝置應(yīng)設(shè)計(jì)在承壓邊界內(nèi)的螺栓。
3.12 閥門零部件材料
若閥體為不銹鋼，則與輸送介質(zhì)接觸的其它部件也應(yīng)采用不銹鋼。
3.13 互換性
相同類型閥門的所有相同部件應(yīng)相互交換。
3.14 搬運(yùn)
重量大于30kg閥門應(yīng)有吊耳，或在圖中注明起吊位置。
4 結(jié)語
根據(jù)核電閥運(yùn)行的實(shí)際情況，核電閥的技術(shù)特點(diǎn)和要求比火力發(fā)電和水力發(fā)電閥嚴(yán)格。除傳統(tǒng)閥的技術(shù)要求外，核電閥的技術(shù)要求和制造工藝還應(yīng)進(jìn)行有限元分析和抗震計(jì)算分析、薄膜應(yīng)力極限計(jì)算、薄膜應(yīng)力 彎曲應(yīng)力極限計(jì)算、一次加二次應(yīng)力變化極限計(jì)算和填料函防泄漏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)關(guān)注介質(zhì)雜質(zhì)污染、環(huán)境溫度、運(yùn)行溫度、環(huán)境濕度、放射性、直流電源和電壓波動(dòng)、地震振動(dòng)條件下穩(wěn)定性的技術(shù)要求和安全等級(jí)。
咨詢需求
