鈉介質(zhì)回路閥門(mén)的結構設計

　　介紹了鈉閥的使用工況、技術(shù)參數、設計難點(diǎn)及解決措施，論述了鈉閥在不同工況下采用結構的先進(jìn)性和合理性。

1、概述

　　核級鈉閥門(mén)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)鈉閥)主要應用在快中子增殖反應堆一、二回路及其各輔助系統、鈉工藝系統、破損探測系統、熱工控制系統的管道上，對管道中的介質(zhì)起截斷或輸送作用。

2、性能參數

　　公稱(chēng)壓力 2.0MPa

　　公稱(chēng)通徑 25、40、65mm

　　工作溫度 420 ℃

　　工作介質(zhì) 液態(tài)金屬鈉

　　連接形式 焊接

　　安全級別 II

　　抗震類(lèi)別 II

　　質(zhì)量等級 QA1

　　清潔度 A類(lèi)

　　承壓件設計使用壽命 30a

　　無(wú)故障開(kāi)關(guān)周期 <1500次

　　耐壓試驗壓力 3.0MPa

3、工況分析

　　(1)由于液態(tài)金屬鈉是一種極活潑的金屬元素，具有很高的反應活性，能直接與O₂、H₂、S或H₂O反應，產(chǎn)生可燃氣體。因此閥門(mén)密封可靠性要求極高，必需保證不得有任何外泄漏現象的發(fā)生。

　　(2)由于液態(tài)金屬鈉在97.8℃下將由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)。因此，閥門(mén)需要在420℃高溫下長(cháng)期運行，必須具有耐高溫性能。

　　(3)液態(tài)金屬鈉在常溫下呈固態(tài)，化學(xué)性質(zhì)極為活潑，遇水或潮氣反應猛烈，易引起著(zhù)火或爆炸。所以當介質(zhì)流經(jīng)閥門(mén)后，要求其體腔內盡可能不殘留介質(zhì)。

4、密封結構

4.1、承壓殼體密封結構

　　主要承壓件閥體、閥蓋、閥瓣采用自由鍛毛坯，內外表面機加工成形。在鍛造過(guò)程中，由于金屬塑性變形的結果，使毛坯金屬獲得較細的晶粒。同時(shí)能壓合鑄造組織的內部缺陷(如微小的裂紋、氣孔等)，因而提高了金屬的機械性能確保承壓殼體密封可靠。

4.2、閥體與閥蓋連接處密封結構

　　閥體與閥蓋連接處是承壓殼體密封的關(guān)鍵部位。對于公稱(chēng)尺寸[DN25閥門(mén)，其閥體與閥蓋焊接連接，避免了閥體與閥蓋連接處泄漏的可能性(圖1)。對于公稱(chēng)尺寸\DN40閥門(mén)，其閥體與閥蓋采取螺栓連接唇邊焊密封結構，密封焊縫在維修時(shí)允許切開(kāi)。該種密封結構性能可靠，不受溫度波動(dòng)的影響，保證高溫密封性能，使介質(zhì)無(wú)任何外漏(圖2)。

1.閥蓋　2.閥體

圖1 閥體與閥蓋焊接結構

1.密封焊　2.閥蓋　3.閥體

圖2 閥體與閥蓋密封焊結構

4.3、閥桿密封結構

　　閥桿密封為動(dòng)態(tài)密封，在設計上采取兩種密封結構。冷凍、填料和O形圈三重密封。利用液態(tài)金屬鈉隨著(zhù)溫度下降其粘度增加的特性，在閥蓋與填料函之間加散熱片，降低介質(zhì)的溫度，達到密封的效果。當其冷凍密封失效時(shí)，填料作為第2道密封起閥桿處密封的作用。當填料密封失效后O形圈來(lái)確保閥桿處的密封。在散熱片與填料密封之間設有檢漏管，當冷凍密封不起作用時(shí)，檢漏管處的監測火花塞發(fā)出信號，通知系統采取應急措施并及時(shí)檢修，保證系統安全運行(圖3)。

1.散熱片　2.引漏裝置　3.O形圈　4.填料

圖3 冷凍密封結構