核電閥門國產(chǎn)化分析

　　介紹了核電閥門相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定及其產(chǎn)品的特殊性、安全性和可靠性。分析了國內(nèi)外核電閥門在企業(yè)管理、閥門研發(fā)設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)制造工藝及輔助加工設(shè)備等方面的能力與水平。提出了核電閥門產(chǎn)業(yè)應(yīng)列入國家核電成套設(shè)備國產(chǎn)化計劃，整合國內(nèi)相關(guān)資源和集中人力、資金進行技術(shù)開發(fā)和科研攻關(guān)，促使核電閥門國產(chǎn)化并逐步向高端領(lǐng)域發(fā)展的建議與設(shè)想。

1、概述

　　在實現(xiàn)低碳、環(huán)保、綠色及可持續(xù)發(fā)展并積極發(fā)展核電等清潔高效能源的形勢下，核電閥門的國產(chǎn)化能力起到至關(guān)重要的作用。閥門在核電站設(shè)備中雖然不是主設(shè)備，但卻是核電站安全運行不可或缺的關(guān)鍵附件，其主要作用是控制并調(diào)節(jié)核電站管道內(nèi)介質(zhì)的流量、溫度、壓力及流向等，還對其他壓力容器如穩(wěn)壓器及蒸發(fā)器等起保護作用。雖然核電站用閥門的工作溫度和壓力等參數(shù)比常規(guī)火電站用閥門低，但是由于核電站具有其設(shè)備的特殊性、安全性和可靠性，因此對核電閥門產(chǎn)品提出了遠高于普通工業(yè)設(shè)備的要求。同時，在核電閥門的設(shè)計、制造過程中，有著比常規(guī)閥門更多的測試要求，以及更嚴(yán)苛的合格標(biāo)準(zhǔn)。

2、閥門特性

　　根據(jù)核電閥門相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，核電站閥門安全等分為核一級、核二級、核三級和NC 級，其中核一級要求最高。以福清核電工程為例，2個百萬千瓦壓水堆核電機組，所需閥門約2. 8 萬臺( 表1 ～ 表3) 。

表1 核電站閥門分布

表2 不同安全級別閥門數(shù)量

表3 進口與國產(chǎn)閥門數(shù)量及金額對比

　　從表1 ～ 表3 可以看出，進口閥門數(shù)量只占到閥門總數(shù)的4. 3%，而其金額卻占到所有總金額的58%。由此可見，在核電閥門附加值較高的高端領(lǐng)域，進口閥門仍然占據(jù)絕對的優(yōu)勢。伴隨著中國整個核電產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，目前國內(nèi)核電閥門制造廠逐漸進入原本被國外廠家所壟斷的核一級閥門高端市場，從福清核電1、2 號機組產(chǎn)品采購數(shù)據(jù)分析，已國產(chǎn)化的核一級閥門多數(shù)是核一級止回閥和部分核一級閘閥，總計有142 臺。但是，在核一級閥門領(lǐng)域的進口閥門仍然以29% 的核一級閥門數(shù)量，占據(jù)了79%的核一級閥門總采購金額。

3、企業(yè)現(xiàn)狀

　　從數(shù)據(jù)的分析可以看出，目前福清核電站用閥門數(shù)量上超過95%的閥門為國內(nèi)制造，但是在產(chǎn)品金額上國產(chǎn)閥門無論是核一級高端領(lǐng)域，還是全部核電站閥門都遠低于進口閥門，即國產(chǎn)核電閥門絕大多數(shù)都集中于數(shù)量大、價格相對低的核三級和非核級領(lǐng)域，而一些高端的核一、核二級閥門如核一級電動閘閥、核一級調(diào)節(jié)閥、主蒸汽隔離閥、主蒸汽安全閥及主給水調(diào)節(jié)閥等附加值極高的關(guān)鍵閥門，目前還不具備國產(chǎn)化的能力，均被國外廠家壟斷。與國外閥門行業(yè)研發(fā)、制造水平相比，國內(nèi)廠家還有較大差距，主要體現(xiàn)在企業(yè)管理、產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計能力、閥門加工設(shè)備、生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品上下工序輔助制造能力等方面。

3.1、管理水平

　　與國內(nèi)大多數(shù)制造行業(yè)一樣，當(dāng)前國內(nèi)核電閥門企業(yè)的粗放式管理未得到徹底扭轉(zhuǎn)。雖然諸如6S 管理、6Sigma 管理、核電設(shè)備質(zhì)保體系以及核電設(shè)備質(zhì)量理念等均在執(zhí)行，但是實際執(zhí)行效果與國外先進管理體系相比，其軟實力的差距還遠大于生產(chǎn)設(shè)備等硬實力的差距。

3.2、研發(fā)設(shè)計

　　與國外著名核電閥門生產(chǎn)廠家相比，國內(nèi)閥門設(shè)計水平相差較大。至今一些關(guān)鍵閥門的設(shè)計制造仍然未能取得突破。對于核電閥門的應(yīng)力計算、抗震分析、疲勞分析及抗震分析等，國內(nèi)廠家很少能完整掌握，必須委托設(shè)計院或高校進行，一定程度上限制了企業(yè)的研發(fā)能力。

3.3、加工設(shè)備及生產(chǎn)工藝

　　目前國內(nèi)核電閥門企業(yè)機加工設(shè)備主要以萬能機床為主，制造精度低，生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性及統(tǒng)一性稍差。而在國外得到普遍應(yīng)用的數(shù)控機床目前在國內(nèi)還未大量普及，采用數(shù)控機床能大幅提高產(chǎn)品加工精度，保證產(chǎn)品尺寸及質(zhì)量的統(tǒng)一性。

3.4、產(chǎn)業(yè)上下游輔助制造能力

　　(1) 鑄造能力

　　核級閥門對鋼水的化學(xué)成分、均勻度等有較高要求，而對氣孔、夾雜等鑄造缺陷要求較一般常規(guī)產(chǎn)品更嚴(yán)苛。因此，這對于煉鋼設(shè)備及澆注工藝提出了更高要求。國外普遍使用的精煉工藝，如AOD爐等，以及在鑄件造型工藝上，使用蠟?zāi)ｈT造等精密鑄造工藝，是核級鑄件的首選。國內(nèi)具備提供核級閥門鑄件資質(zhì)的企業(yè)不多，核電閥門鑄件訂貨趨于緊張，由此也帶來了產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、交貨期難以滿足閥門廠家進度要求等問題。對于一些大口徑核電閥門鑄件，如代表著核電閥門最高鑄造水平的主蒸汽隔離閥體( DN800) ，國內(nèi)公司目前處于試制原型件( prototype) 階段。

　　(2) 鍛造能力

　　相比于鑄件，鍛件產(chǎn)品晶間結(jié)構(gòu)均勻、致密，質(zhì)量比鑄件優(yōu)良。目前國外先進閥門企業(yè)越來越多的使用鍛件取代鑄件，最大的鍛造閘閥口徑能達到DN600，而且采用的是模鍛工藝，使得閥體閥蓋等鍛件無論是外觀還是內(nèi)在質(zhì)量都大幅提升。在核電閥門模鍛方面，國內(nèi)制造水平與先進水平相比差距較大。當(dāng)前國內(nèi)企業(yè)僅能提供小口徑閥門鍛件。

　　(3) 執(zhí)行機構(gòu)及各種附件的制造能力

　　作為閥門的動力裝置，執(zhí)行機構(gòu)主要功能是按照指定命令精確的調(diào)整閥門開度，其對閥門整體質(zhì)量性能有較大影響。目前國內(nèi)能夠制造提供1E 級K1 類閥門電動裝置、1E 級K3 類閥門氣動裝置。對于部分技術(shù)要求高、制造難度大的執(zhí)行機構(gòu)，如限位開關(guān)及電磁閥等附件、先導(dǎo)式控制系統(tǒng)及用于主蒸汽隔離閥的氣- 液聯(lián)動式執(zhí)行機構(gòu)，產(chǎn)品還需要從國外進口。

　　(4) 試驗及測試條件

　　核電產(chǎn)品因為其特殊性，對設(shè)備的可靠性提出較高要求。因此，核電閥門如主蒸汽隔離閥、主蒸汽安全閥等在批量生產(chǎn)應(yīng)用之前需要經(jīng)過嚴(yán)格的樣機試驗。但是目前國內(nèi)的測試條件及設(shè)備非常有限，如用于主蒸汽隔離閥的模擬主蒸汽管道破裂工況的試驗臺架，國內(nèi)尚沒有。其他諸如模擬一回路的熱態(tài)試驗、冷態(tài)試驗等試驗臺架也不夠完備，限制了國內(nèi)新的閥門產(chǎn)品的研發(fā)制造。

3.5、國外主要核電閥門概況

　　目前，國外核電閥門供應(yīng)商絕大多數(shù)為法國以及美國公司，由于現(xiàn)階段中國機組采用法國技術(shù)體系的較多，因此法國閥門供應(yīng)商占據(jù)多數(shù)。另外有少量英國、德國、韓國及日本等公司參與核電閥門供應(yīng)。在給福清核電工程供應(yīng)閥門的公司中，美國1家( 提供主蒸汽隔離閥) ，德國1 家( 提供常規(guī)島閘閥) ，法國為7 家( 提供穩(wěn)壓器安全閥、核級調(diào)節(jié)閥等) 。國內(nèi)約14 家，國內(nèi)核電閥門絕大多數(shù)集中在產(chǎn)業(yè)鏈下游，數(shù)量雖然巨大，但是產(chǎn)品附加值較低。

圖1 核電閥門測試回路

4、國產(chǎn)化分析

4.1、研發(fā)能力

　　近幾年，在國家政策扶持下，經(jīng)過重大技術(shù)裝備科研攻關(guān)、引進國外先進技術(shù)消化、與國外廠家合作等途徑，部分國內(nèi)核電閥門企業(yè)在核電閥門研發(fā)、制造方面取得了不少突破。如2009 年，某閥門公司研發(fā)的核電穩(wěn)壓器比例噴霧閥樣機通過專家鑒定，填補了國內(nèi)空白。同時，該公司新研發(fā)的核一級電動截止閥、核二級氣動球閥、核二級平行雙閘板電動閘閥、核二級W 型電動閘閥( 公稱通徑200mm，設(shè)計壓力6. 4 MPa) 等產(chǎn)品也達到了國內(nèi)先進水平。而另一閥門公司開發(fā)的核一級止回閥、核一級截止閥、核一級閘閥及核二級止回閥、核二級截止閥、核二級閘閥均通過了國家級鑒定，填補了國內(nèi)空白，大大的推進了核電閥門國產(chǎn)化的進程。同時，國內(nèi)也正在興建首臺核電站安全閥試驗臺架，將極大緩解國內(nèi)核電站安全閥試驗臺架緊缺的局面。目前國內(nèi)已經(jīng)有供貨業(yè)績的核電閥門主要是部分核級閘閥、截止閥和所有的止回閥、球閥以及一些隔膜閥和調(diào)節(jié)閥等。目前已通過樣機鑒定但是沒有供貨業(yè)績的有穩(wěn)壓器噴淋閥等，而主蒸汽隔離閥的國產(chǎn)化，當(dāng)前正在和國外廠家談判中。

　　目前尚不具備生產(chǎn)條件的有主蒸汽安全閥、大氣排放閥、穩(wěn)壓器安全閥及先導(dǎo)式安全閥等核電關(guān)鍵閥門，以及部分大口徑電動閘閥，這些閥門的數(shù)量只占核電閥門總數(shù)的2% 左右，但其合同額卻占40%左右。對于這一批閥門，依托當(dāng)前國內(nèi)眾多核電建設(shè)項目，可以采取技術(shù)引進、合資，以及技術(shù)攻關(guān)等方式，有選擇、有步驟的實現(xiàn)產(chǎn)品國產(chǎn)化。

4.2、發(fā)展前景

　　國內(nèi)大多數(shù)在建核電站技術(shù)上屬于二代加( 基于法國技術(shù)的M310 堆型) 。目前，以AP1000、EPR為代表的第三代核電技術(shù)正在建設(shè)。以高溫期冷堆為代表的第四代核電技術(shù)在2012 年末獲準(zhǔn)開工建設(shè)。從當(dāng)前國內(nèi)核電發(fā)展態(tài)勢分析，未來若干年內(nèi)AP1000 技術(shù)將是國內(nèi)主流�；�于AP1000 技術(shù)路線的特點，閥門數(shù)量大幅度減少，主要閥門供應(yīng)商也必將從M310 堆型的法國轉(zhuǎn)移到美國。國內(nèi)一些主要閥門廠家也開始掌握新的核電技術(shù)，如AP1000的真空爆破閥樣機已連續(xù)多次進行了相關(guān)試驗。而在AP1000 新技術(shù)中被淘汰的閥門如隔膜閥等，也將向調(diào)節(jié)閥領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)變。

4.3、建議

　　(1) 核電閥門產(chǎn)業(yè)應(yīng)列入國家核電成套設(shè)備國產(chǎn)化計劃。制定核電閥門行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，以保證核電閥門行業(yè)持續(xù)和穩(wěn)定的發(fā)展。

　　(2) 整合國內(nèi)各相關(guān)研究設(shè)計院、高校及企業(yè)等相關(guān)資源，組建國家核電閥門實驗基地，加強核電閥門測試的能力。

　　(3) 做好配套行業(yè)的規(guī)劃。對于上下游如鑄鍛供應(yīng)商、執(zhí)行機構(gòu)供應(yīng)商、電氣附件供應(yīng)商等統(tǒng)籌規(guī)劃，完善核電閥門產(chǎn)品供應(yīng)鏈。

　　(4) 加強核電閥門樣機的鑒定管理，達到合理的通過率，以維護樣機鑒定的權(quán)威性、嚴(yán)肅性和可信性。

5、結(jié)語

　　核電閥門企業(yè)在管理上應(yīng)以國際先進企業(yè)為榜樣，改變國內(nèi)的粗放式管理，集中人力和資金進行技術(shù)開發(fā)及科研攻關(guān)，促使產(chǎn)品逐步向高端核電閥門領(lǐng)域發(fā)展。在國內(nèi)巨大的核電市場下，閥門企業(yè)應(yīng)該在技術(shù)提升和管理提升的保證下，謀求企業(yè)的發(fā)展和進步，從而實現(xiàn)更多核級閥門的國產(chǎn)化。