AP1000核島主要閥門特點

一、前言

　　第三代AP1000壓水堆核電廠的安全系統(tǒng)采用非能動系統(tǒng)，利用自然物理現(xiàn)象(蒸發(fā)、冷凝、自然循環(huán)、自然對流等)以及氣體蓄能驅(qū)動流體流動，帶走堆芯余熱和安全殼的熱量，不需要外部能源。非能動設(shè)計理念的引入，使核電站的設(shè)計發(fā)生了根本的變化：設(shè)計簡化，系統(tǒng)設(shè)置簡化，工藝布置簡化，施工量減少，工期縮短、運行和維修簡化等一系列效應(yīng)，并大量減少了閥門的數(shù)量，AP1000核電廠一個機組用核級閥門數(shù)量只是M310堆型核電廠一個機組用閥門數(shù)量的20%左右，如AP1000的核級閥門為662臺，而M310堆型兩個機組的核級閥門約6000臺。

　　AP1000核島核級閥門的物項編碼及數(shù)量，見下表。

　　AP1000的核級閥門數(shù)量雖然有大幅度的減少，但是核級閥門的技術(shù)技術(shù)難度也更大，甚至有些非核級閥門都有超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。本文僅就AP1000核島幾個主要閥門使用情況和特點進行簡要的介紹，供業(yè)內(nèi)同行參考。

二、爆破閥

　　AP1000爆破閥是首次引入壓水堆核電廠機組，用于AP1000非能動堆芯冷卻系統(tǒng)(PXS)，數(shù)量總計12臺，使用位置如下圖所示。

　　爆破閥在非能動堆芯系統(tǒng)中應(yīng)用圖

1.自動降壓系統(tǒng)(ADS)的第4級自動降壓子系統(tǒng)

　　1)每一路的爆破閥是通過電動閘閥(常開、直流電動機)直接連接到反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCS)熱管段的頂端。

　　2)功能：閥門打開時為RCS降壓。

　　3)ADS系統(tǒng)第4級自動降壓子系統(tǒng)中，共設(shè)有4臺DN350爆破閥。

2.低壓安注回路

　　1)安全殼內(nèi)換料水箱(IRWST)的水靠重力通過并聯(lián)的兩條管線上爆破閥(其與止回閥是串聯(lián)連接的)向反應(yīng)堆堆芯注水進行冷卻。

　　2)功能：閥門打開提供LOCA事故后IRWST注入。

　　3)低壓安注回路上爆破閥是用來隔離IRWST安注管線。

　　4)低壓安注回路中，共設(shè)有4臺DN200爆破閥。

3.安全殼再循環(huán)回路

　　1)再循環(huán)水一路通過爆破閥和與其串聯(lián)連接的止回閥、另一路通過爆破閥和與其串聯(lián)連接的電動閘閥(常開、直流電動機)實現(xiàn)安全殼再循環(huán)，對反應(yīng)堆堆芯提供長期冷卻。

　　2)功能：LOCA事故后閥門打開提供安全殼再循環(huán)，或概率分析評估(PRA)嚴(yán)重事故期間疏排IRWST內(nèi)的水。

　　3)安全殼再循環(huán)回路上爆破閥是用來隔離安全殼再循環(huán)管線。

　　4)安全殼再循環(huán)回路中，共設(shè)有4臺DN200爆破閥。

4.爆破閥的特點

　　1)爆破閥是一種火工品驅(qū)動的閥門。

　　2)正常運行時，爆破閥處于關(guān)閉狀態(tài)，僅供一次動作使用。

　　3)爆破閥的動作過程是不可逆的，其不存在任何誤關(guān)閉的可能性。

　　4)爆破閥關(guān)閉時密封是靠密閉的剪切蓋來保證的，因而也不存在泄漏的可能性。

　　5)電信號使爆破閥驅(qū)動裝置上點火器全發(fā)火，引爆藥筒內(nèi)火藥，其產(chǎn)生的能量將系住活塞的拉力螺栓斷裂，這樣活塞就快速下降沖擊剪斷閥門流道處密閉的剪切蓋，使閥門打開，以滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。

　　6)為防止藥筒內(nèi)火藥的老化，在電廠運行階段，每2年取爆破閥驅(qū)動裝置總數(shù)的1/4進行定期試驗、更換。這樣爆破閥驅(qū)動裝置上點火器和藥筒在電廠的最長服役期為8年。

　　爆破閥的這些特點與二代或二代改進型壓水堆核電站用閥門有著本質(zhì)的不同。其技術(shù)難度主要關(guān)注以下內(nèi)容：①爆破閥總體設(shè)計技術(shù)。②爆破閥上拉力螺栓分析。④爆破閥上剪切蓋分析。⑤爆破閥驅(qū)動裝置設(shè)計(火藥藥劑的主要成分及性能分析)。⑥爆破閥驅(qū)動裝置上的點火器可靠性分析。⑦爆破閥驅(qū)動裝置的可靠性驗證試驗。

三、穩(wěn)壓器安全閥

　　1.AP1000穩(wěn)壓器安全閥特點

　　1)采用全封閉、彈簧加載式安全閥。

　　2)開啟特性是突開型，且設(shè)有背壓補償裝置(波紋管)。

　　3)在穩(wěn)壓器上共設(shè)有2臺穩(wěn)壓器安全閥。

　　4)主要設(shè)計功能為反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCS)提供超壓保護。

　　設(shè)計壽命內(nèi)閥門能經(jīng)受240次整定壓力試驗(部分升程);應(yīng)設(shè)計成具有173次循環(huán)運行壽命。

　　2.一次循環(huán)

　　閥門正常關(guān)閉，閥門進口處為飽和蒸汽;當(dāng)進口介質(zhì)壓力達(dá)到閥門整定壓力時，由進口介質(zhì)壓力直接作用在閥瓣，使閥門自動開啟;在ASMEBPVC—III規(guī)定壓力下閥門應(yīng)達(dá)到額定排量;排放到ASMEBPVCIII規(guī)定壓力后閥門應(yīng)回座。

　　API526“鋼制法蘭連接安全釋放閥”表中給出了17個安全閥標(biāo)準(zhǔn)喉口尺寸系列，其分別用字母表示為：D、E、F、G、H、I、G、K、L、M、N、O、P、Q、R、S、T。根據(jù)AP1000穩(wěn)壓器安全閥設(shè)計參數(shù)：整定壓力：17.24MPa(絕對壓力);超過壓力：3%;額定排量：94.50kg/s要求，其喉口尺寸系列為“P”，即喉口面積41.16cm2或喉口直徑72.4mm。

　　由于AP1000穩(wěn)壓器安全閥排量大，整定壓力高，故需重點關(guān)注安全閥性能試驗，其試驗項目有：①整定壓力。②排放壓力或超過壓力。③開啟高度。④回座壓力或啟閉壓差。⑤用目視或聽覺確定閥門機械特性(良好的回座能力;有無頻跳、顫振、卡阻或有害的振動)。⑥閥門動作的重復(fù)性。

四、主蒸汽安全閥

　　1.AP1000主蒸汽安全閥特點

　　1)采用敞開、彈簧加載式安全閥。

　　2)開啟特性為突開，且設(shè)計成雙排口結(jié)構(gòu)形式。

　　3)每條主蒸汽管線上設(shè)有6臺主蒸汽安全閥，共12臺閥門。

　　4)主要設(shè)計功能是對蒸汽發(fā)生器提供超壓保護。

　　5)設(shè)計壽命內(nèi)閥門能經(jīng)受240次整定壓力試驗(部分升程);應(yīng)設(shè)計成具有300次循環(huán)運行壽命。

　　2.設(shè)計參數(shù)

　　根據(jù)AP1000主蒸汽安全閥設(shè)計參數(shù)：整定壓力：8.56MPa;超過壓力：3%;額定排量：621000kg/h，其喉口尺寸系列為：喉口面積182.39cm2或喉口直徑152.4mm，該喉口尺寸系列比API526中給出最大“T”還略大一點，“T”尺寸系列的喉口面積為167.74cm2或喉口直徑146mm。因此，尤其需關(guān)注AP1000主蒸汽安全閥性能試驗。

五、主蒸汽隔離閥

　　1.AP1000主蒸汽隔離閥主要特點

　　1)電廠正常運行時閥門保持在全開位置，在規(guī)定的所有電廠運行模式下，接到主蒸汽隔離信號后5s內(nèi)快速自動隔離，以切斷蒸汽流量。

　　2)采用“對稱楔式”雙閘板閘閥結(jié)構(gòu)形式。

　　3)驅(qū)動裝置上氣體儲罐中氮氣作為不會失效的關(guān)閉彈簧，以實現(xiàn)快速關(guān)閉的功能。驅(qū)動裝置上還設(shè)有兩個獨立的液壓回路，提供足夠的能量克服氮氣壓力，以實現(xiàn)相互獨立的正常開啟和關(guān)閉功能。

　　2.注意事項

　　閥門規(guī)格已達(dá)到DN950mm，其閥座處直徑為749.3mm;而一般二代閥門規(guī)格是DN800mm，其閥座處直徑最大也只達(dá)到592mm。因而需特別關(guān)注：①5s內(nèi)快速關(guān)閉。②閥座處蒸汽流速。③汽蝕、振動或噪聲。④閥體鑄件外形尺寸、厚度以及重量是否已達(dá)到鑄造工藝極限。

六、結(jié)語

　　AP1000核電站作為我國引進的第三代核電站技術(shù)，雖然其核級閥門數(shù)量大為減少，但技術(shù)要求、技術(shù)難度、零部件加工要求都更高;試驗、驗證和鑒定方面都有特定的要求;分析和計算尤其是可靠性分析等方面都有特殊規(guī)定的要求。有的閥門結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動方式在我國的核電廠中很少使用甚至從未使用。只有全面消化吸收和掌握AP1000核級閥門的系統(tǒng)運行工況、使用情況和設(shè)置特點、功能要求、技術(shù)參數(shù)、AP1000閥門設(shè)計規(guī)范書，才能制造出能滿足AP1000要求的核級閥門，從而為AP1000關(guān)鍵閥門的國產(chǎn)化作好充分準(zhǔn)備。

參考文獻

　　[1]林誠格、郁祖盛.非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.