核安全三级仪表截止阀的国产化研制

郭雅山，顾春燕，史东亮

（江苏核电有限公司，江苏  连云港  222042）

核安全三级仪表截止阀的国产化研制

郭雅山，顾春燕，史东亮

（江苏核电有限公司，江苏  连云港  222042）

在田湾核电站一期工程中，俄供核安全三级仪表截止阀在调试期间多次出现泄漏现象，同时存在型号众多、价格昂贵、不利于备件储备和管理等缺点。基于俄供仪表截止阀在结构设计和制造质量方面存在的缺陷，通过论证核安全三级仪表截止阀国产化的必要性和可行性，江苏核电有限公司编制了《核安全三级仪表截止阀技术规格书》，用于指导国产核安全三级仪表截止阀的开发、研制工作。国产的阀门结构合理、外形美观、便于安装、手柄操作灵活，从根本上解决了俄供阀门内漏等质量问题，取得了良好的实践经验和显著的经济效益。

核安全级；仪表截止阀；国产化

核安全三级仪表截止阀（简称仪表阀）主要与变送器配套，用于核电厂核安全级工艺系统的流量、压力、差压、液位等测量回路，并作为仪表管、变送器排污、排气及现场在役校验和仪控设备更换时的切断阀，以防止带放射性的含硼水及其他有害气体泄漏到环境中去。

仪表阀既是切断阀，又是承压设备，必须具有较高的技术要求和严格的质保要求。

仪控系统使用的俄供阀门有三通旋塞阀、球阀、截止阀、波纹管截止阀等多种型号规格的产品，文章着重介绍高温、高压核安全三级仪表截止阀的开发和研制。

1 俄供仪表阀在田湾核电站的应用及问题

1.1 俄供仪表阀品种及型号规格

1) 品种有：三通旋塞阀、球阀、截止阀、波纹管截止阀等。

2) 型号有：BT-5、15с11п、15Hж11п、15нж11бк、C21152-010M等系列。

3) 规格有：DN10、DN15。

4) 压力等级有：Pp＝2.5 MPa、16 MPa、25 MPa等（Pp为设计压力）。

5) 温度等级有：Tp＝150 ℃、200 ℃、300 ℃等（Tp为设计温度）。

6) 安全等级[1]为2级、3级和4级；质保等级[1]为QA1、QA2和QA3；抗震类别[1]为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。

田湾核电站1号机组从冷试、热试直至调试C阶段，不断发现俄供仪表阀出现泄漏现象，主要是内漏，即阀瓣与阀座之间的密封面出现泄漏。对阀瓣或阀座进行研磨后回装到仪表管线上，时间不长又出现泄漏。经分析，这完全是阀门结构设计不合理和制造质量方面存在问题而引起的。

（1）俄供阀门细化参数

Pp≤25 MPa、Tp＝300 ℃、DN=6。外接管尺寸为φ14×2，阀体材料08Х18Н10Т（相当于中国牌号0Cr18Ni10Ti）。阀重0.6 kg，核安全四级，质保等级为QA3，抗震类别为Ⅲ类，使用寿命≥10年，阀的全开、全关静压寿命试验[3]≥3 000次。

（2）国产截止阀主要设计参数

P N为16 M P a、300 ℃、D N=10。外接管尺寸为φ16×2或φ14×2，阀体材料0Cr18Ni10Ti，阀重0.75 kg，核安全三级，质保等级为QA2，抗震类别为I类，使用寿命40年（可动零部件除外），阀的全开、全关静压寿命试验（单向受压）≥6 000次。

（3）两种阀门在结构上的对照分析（见图1和图2）

图1 俄供BT-5截止阀总装图Fig.1 General assembly of BT-5 block valve supplied by Russia

图2 国产J21W-160P[2]型截止阀总装图Fig.2 General assembly of J21W-160P block valve made in China

1）俄供阀门阀瓣与阀杆做成一体，阀门关闭时，很难保证阀瓣与阀座密封面的同心度。国产阀门阀瓣与阀杆做成可活动，可保证阀瓣与阀座密封面的同心度。

2）俄供阀门阀瓣与阀座之间为锥形面密封，密封效果较差。国产阀门阀瓣与阀座之间为线密封，密封效果较好。

3）俄供阀门无倒密封功能。国产阀门有倒密封功能。

4）俄供阀门的压紧螺母下面无锁紧螺母，阀门在长期使用中受振动影响，压紧螺母很容易松动而产生外泄漏。国产阀门有锁紧螺母，阀门在长期使用中受振动影响，压紧螺母不易松动，减少了外泄漏的可能性。

1.2 国内核电厂仪表阀的使用情况

目前，大亚湾核电基地、秦山核电基地已投入商业运行的核电厂中所使用的高温、高压核级仪表阀（包括仪表根阀）均为进口产品，尚未实现国产化。但国产的低温低压、低温高压核级仪表阀在秦山一期（核三级截止阀），中国实验快堆（核二级、核三级截止阀和波纹管截止阀）上已有运用。经用户反映，在近两年的使用中，未发现阀门有泄漏现象等质量问题，产品满足一回路工艺系统的要求。

1.3 国产化要求

俄供核级仪表阀所存在的质量及供货期得不到可靠保证的问题，已经严重影响系统的调试进度。我公司只好用俄供核三级或核二级工艺用波纹管截止阀（DN25）进行替代，以保证调试工作的顺利进行。

今后，核级仪表阀按计划完全依靠俄供产品存在着一定的风险，它会严重影响核电厂的正常并网发电。为此，国产化的要求自然而然地提到议事日程上来。我们第一步先解决核三级高温高压仪表截止阀的开发研制工作，如果成功了，再开发研制国产核三级旋塞阀、球阀和波纹管截止阀，并为进一步开发研制核二级仪表阀门打下基础。

2 核三级仪表阀的技术要求

2.1 主要技术要求

1) 工作介质为带放射性的含硼除盐水或除盐水。

2) 介质工作压力为12 MPa（阀门设计压力为16 MPa）。

3) 介质工作温度为220 ℃（阀门设计温度为350 ℃）。

4) 介质的放射性累积吸收剂量为1×106Gy/40 a。

5) 仪表阀为核安全三级，质保等级为QA2，抗震类别为Ⅰ类。

6) 抗震要求：S S E地震固有频率为1～33 Hz；水平、垂直3个方向加速度≥5g。7) 仪表阀公称通径为DN=10。8) 静压寿命试验。

仪表阀冷态静压寿命试验6 000次（同一台阀门完成关紧和全开一个循环为一个试验次数），阀门无变形、结构无损伤，均无内外泄漏。试验应符合JB/T 8859-2004《截止阀静压寿命试验规程》中的要求（试验样品不少于3台）。

9) 仪表阀总重量≤1.2 kg/台。

2.2 结构要求

1) 仪表阀为手动外螺纹截止阀，外接管尺寸为φ16×2（20号碳钢），φ14×2（0Cr18Ni10Ti）。

2）仪表阀外形应美观、结构新颖、阀门手柄操作应轻便灵活、阀杆组件应具有互换性，互换方式应简单、方便、快速，互换后仍应保持原有特性。

2.3 应用标准

仪表阀的设计、制造和验收、材料、焊接、无损检验、试验等应严格按ANSI/ASME BPV-Ⅲ-1-ND标准中的要求执行。

3 核级仪表阀国产化的必要性和可能性

3.1 必要性

根据目前所了解到的情况，大亚湾核电基地、秦山核电基地已投入商业运行的核电厂中所使用的高温、高压核级仪表阀均为进口产品，尚未实现国产化；而田湾核电站所使用的高温、高压核级仪表阀大部分为俄供产品（另一部分为德供产品）。由于俄供阀门存在的问题及供货期得不到保证，从长远的角度考虑，立足国内、国产化是必然趋势。

3.2 可能性

1) 国内已经有《压水堆核电厂阀门设计、制造和验收等相关标准》。

2) 国内有很多厂家已掌握了美国、法国、德国、日本等国家《民用核承压设备》等标准中的相关内容，并具有一定的设计、制造能力。

3) 国内有很多厂家取得了国家核安全局颁发的《民用核承压设备制造资格许可证》，而且他们均已经有向核电厂和中国实验快堆提供低温低压、低温高压核级仪表阀的业绩，并满足核电厂的要求。

4 核级仪表阀国产化实践

4.1 样机研制

（1）技术规格书

核级仪表阀的开发和研制，必须要有一份技术规格书和执行标准。公司收集和整理了俄供产品的有关图纸和资料，并根据田湾核电站相关工艺系统的有关参数及实际安装使用情况，以及国内积累的经验及相关标准要求，编制了《核三级仪表截止阀技术规格书》。

（2）生产厂家调研

对江苏星河集团有限公司、中核苏阀科技实业股份有限公司、西安核设备有限公司革新阀门厂进行实地考察和技术交流，对他们的技术力量、设备装备、人员素质、质量保证和组织机构等进行了详细的了解，他们均有研制高温高压核三级仪表截止阀资格和能力。

（3）抗震分析及结论

制造好的3台样机经过全性能试验，合格后随设计图纸一起由上海核工程研究设计院进行抗震分析。其结论是：阀门在内压、自重、三向地震惯性力（水平X向、Z向和垂直Y向各为5g地震加速度）以及阀门操作载荷共同作用下，各薄弱部位的应力均小于许用值，满足抗震计算要求，符合田湾核电站的抗震I类要求。

（4）静压寿命试验

1）试验要求

试验压力为16 MPa，试验介质为常温自来水（经过滤），试验次数为6 000次（阀门全开全关为一次）。在试验的全过程中，阀门每启闭循环200次，进行一次密封性能检查，合格后方可继续试验。

2）执行标准及技术文件

● JB/T 8859-2004《截止阀静压寿命试验规程》；

● EJ/T 1022.9-1996《压水堆核电厂阀门产品出厂检查与试验》；

● 核三级手动仪表截止阀技术规格书。

3）试验

阀门的“静压寿命试验”，在机械工业部通用机械产品检测所阀门产品质量监督检测中心（权威机构）的阀门静压寿命试验台架上进行。根据质量计划所选取的H点，我公司对试验的全过程进行了现场见证。

阀门经过7个工作日，断续循环6 000次冷态静压寿命试验后，阀门动作无异常现象，密封面无可见泄漏，密封性能良好。

试验合格的样机再在压力试验台架上对其进行壳体强度、水、气密封试验，阀门无变形，结构无损伤、均无内外泄漏，阀门满足要求。

4.2 质保监督

根据国家核安全法规《HAF003》的要求，在《核设施仪表阀及配套管件制造质量保证大纲》的基础上，从组织机构设置、文件、设计、采购、物项、工艺过程、检查和试验、不符合项、纠正措施、记录、监查等方面进行控制，并分别制定了22个控制工作程序。

对样机研制专门编制了制造质量计划，绘制产品工艺过程及质量检查点、控制点流程图，根据质量控制点的重要程序选择质量见证点，通过制定质量见证点计划表，从而指导和控制每个职能部门和有关人员的每一项活动。实施质量跟踪制度，建立质量跟踪卡，对核三级仪表阀从原材料采购、进厂、工艺过程到检验、试验等进行质量跟踪管理。监督和监查对核三级仪表阀有影响的活动均由专职人员，按照认可的程序，使用合格的设备和检测仪器，符合标准和法规去完成；保证对质量有影响的工作和活动都受到应有的控制。做好质量保证记录和保存工作，使整个研制活动真正做到有法可依，有章可循，有据可查。

4.3 核三级仪表阀在田湾核电站的应用

（1）试生产

厂家根据合格样机的整套图纸、工艺流程、质量计划为田湾核电站提供20台产品。

（2）应用

20台核三级仪表阀，16台配套用于核岛一回路主给水系统的流量测量及验证（另4台用于其他系统替代内漏的俄供产品）。系统介质为除盐水，介质工作压力为12 MPa，介质工作温度为220 ℃，经过半年多试用，认为该阀门的外形美观，结构新颖，重量轻（0.75 kg/台），安装拆卸方便、快速而简单，手柄操作较灵活，到目前为止，未发现泄漏等质量问题，阀门质量是好的，满足了工程要求。

（3）批量生产

公司在试用的基础上又采购120台同样型号规格的核三级仪表阀。并要求厂家生产123台产品，经100%出厂检查和试验，全部合格，为再次考核阀门的寿命，我公司随机抽取3台样品，又做了6 000次冷态静压寿命试验，阀门动作正常，密封面无可见泄漏，检验结果合格。试验合格的阀门再回到压力试验台架上对其进行壳体强度、水、气密封试验。阀门无变形、结构无损伤、无泄漏完全符合要求。这充分说明该厂大批量生产的核三级仪表阀的质量完全可以得到保证。

5 结束语

通过这次国产化的实践，我们看到国产阀门既精致，又适用。更让我们欣慰的是国产阀门物美价廉，而且开辟了新的供货渠道，缩短了供货周期，厂家的上门服务得到了及时有力的保证。供货的120台核三级仪表阀将会陆续运用到田湾核电站一回路各工艺系统中，以替代内漏的俄供产品。我们将关注和收集该批阀门的使用情况，及时进行经验反馈，为开发研制核二级仪表阀做好准备。

[1] G B/T 17569—2013 压水堆核电厂物项分级[S].（GB/T 17569—2013 Classification for the Items of Pressurized Water Reactor Nuclear Power Plants[S].）

[2] EJ/T 1022.10—1996 压水堆核电厂阀门型号编制方法[S].（EJ/T 1022.10—1996 Method of Type Designation for Valve of Pressurized Water Reactor Nuclear Power Plants[S].）

[3] JB/T 8859—2004 截止阀静压寿命试验规程[S].（JB/ T 8859—2004 Cut-off Valve Static Pressure Life Test Procedures[S].）

Localization of Block Valve for Nuclear Safety Class 3 Instrument

GUO Ya-shan，GU Chun-yan，SHI Dong-liang
(Jangsu Nuclear Power Co.，Ltd.，Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China)

During Phase I construction of Tianwan Nuclear Power Station, leakage appeared in block valve of nuclear safety class 3 instrument supplied by Russian side. Meanwhile, disadvantages such as too many types of instruments and too high price for spare parts reservation and equipment management. In consideration of the defects in the structure design and manufacturing quality of the Russian supplied block valve, through necessity and feasibility demonstration for localization of the block valve, Jiangsu Nuclear Power Corporation elaborated“Technical Specification for the Block Valve of Nuclear Safety Class 3 Instrument”, used as guidelines for development of the block valve. The localized valves have the advantages of reasonable structure, nice appearance, convenient for installation and with an operable handle; this solved the problems of internal leakage etc. of the Russian supplied valves, yielding good practices and economic benefit.

nuclear safety class；block valve of instrument；localization

TL35  Article character：A  Article ID：1674-1617(2014)02-0099-05

TL35

A

1674-1617(2014)02-0099-05

2014-04-18

郭雅山（1979—），男，河南新郑人，工程师，学士，从事核电厂仪控专业的设计管理、安装配合、调试、维护等工作。