AP1000核島主要閥門(mén)特點(diǎn)

一、前言

　　第三代AP1000壓水堆核電廠(chǎng)的安全系統采用非能動(dòng)系統，利用自然物理現象(蒸發(fā)、冷凝、自然循環(huán)、自然對流等)以及氣體蓄能驅動(dòng)流體流動(dòng)，帶走堆芯余熱和安全殼的熱量，不需要外部能源。非能動(dòng)設計理念的引入，使核電站的設計發(fā)生了根本的變化：設計簡(jiǎn)化，系統設置簡(jiǎn)化，工藝布置簡(jiǎn)化，施工量減少，工期縮短、運行和維修簡(jiǎn)化等一系列效應，并大量減少了閥門(mén)的數量，AP1000核電廠(chǎng)一個(gè)機組用核級閥門(mén)數量只是M310堆型核電廠(chǎng)一個(gè)機組用閥門(mén)數量的20%左右，如AP1000的核級閥門(mén)為662臺，而M310堆型兩個(gè)機組的核級閥門(mén)約6000臺。

　　AP1000核島核級閥門(mén)的物項編碼及數量，見(jiàn)下表。

　　AP1000的核級閥門(mén)數量雖然有大幅度的減少，但是核級閥門(mén)的技術(shù)技術(shù)難度也更大，甚至有些非核級閥門(mén)都有超過(guò)標準規定的要求。本文僅就AP1000核島幾個(gè)主要閥門(mén)使用情況和特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，供業(yè)內同行參考。

二、爆破閥

　　AP1000爆破閥是首次引入壓水堆核電廠(chǎng)機組，用于A(yíng)P1000非能動(dòng)堆芯冷卻系統(PXS)，數量總計12臺，使用位置如下圖所示。

　　爆破閥在非能動(dòng)堆芯系統中應用圖

1.自動(dòng)降壓系統(ADS)的第4級自動(dòng)降壓子系統

　　1)每一路的爆破閥是通過(guò)電動(dòng)閘閥(常開(kāi)、直流電動(dòng)機)直接連接到反應堆冷卻劑系統(RCS)熱管段的頂端。

　　2)功能：閥門(mén)打開(kāi)時(shí)為RCS降壓。

　　3)ADS系統第4級自動(dòng)降壓子系統中，共設有4臺DN350爆破閥。

2.低壓安注回路

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

　　2)功能：閥門(mén)打開(kāi)提供LOCA事故后IRWST注入。

　　3)低壓安注回路上爆破閥是用來(lái)隔離IRWST安注管線(xiàn)。

　　4)低壓安注回路中，共設有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(guò)爆破閥和與其串聯(lián)連接的止回閥、另一路通過(guò)爆破閥和與其串聯(lián)連接的電動(dòng)閘閥(常開(kāi)、直流電動(dòng)機)實(shí)現安全殼再循環(huán)，對反應堆堆芯提供長(cháng)期冷卻。

　　2)功能：LOCA事故后閥門(mén)打開(kāi)提供安全殼再循環(huán)，或概率分析評估(PRA)嚴重事故期間疏排IRWST內的水。

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

　　4)安全殼再循環(huán)回路中，共設有4臺DN200爆破閥。

4.爆破閥的特點(diǎn)

　　1)爆破閥是一種火工品驅動(dòng)的閥門(mén)。

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

　　3)爆破閥的動(dòng)作過(guò)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(shí)密封是靠密閉的剪切蓋來(lái)保證的，因而也不存在泄漏的可能性。

　　5)電信號使爆破閥驅動(dòng)裝置上點(diǎn)火器全發(fā)火，引爆藥筒內火藥，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(mén)流道處密閉的剪切蓋，使閥門(mén)打開(kāi)，以滿(mǎn)足系統設計要求。

　　6)為防止藥筒內火藥的老化，在電廠(chǎng)運行階段，每2年取爆破閥驅動(dòng)裝置總數的1/4進(jìn)行定期試驗、更換。這樣爆破閥驅動(dòng)裝置上點(diǎn)火器和藥筒在電廠(chǎng)的最長(cháng)服役期為8年。

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

三、穩壓器安全閥

　　1.AP1000穩壓器安全閥特點(diǎn)

　　1)采用全封閉、彈簧加載式安全閥。

　　2)開(kāi)啟特性是突開(kāi)型，且設有背壓補償裝置(波紋管)。

　　3)在穩壓器上共設有2臺穩壓器安全閥。

　　4)主要設計功能為反應堆冷卻劑系統(RCS)提供超壓保護。

　　設計壽命內閥門(mén)能經(jīng)受240次整定壓力試驗(部分升程);應設計成具有173次循環(huán)運行壽命。

　　2.一次循環(huán)

　　閥門(mén)正常關(guān)閉，閥門(mén)進(jìn)口處為飽和蒸汽;當進(jìn)口介質(zhì)壓力達到閥門(mén)整定壓力時(shí)，由進(jìn)口介質(zhì)壓力直接作用在閥瓣，使閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟;在A(yíng)SMEBPVC—III規定壓力下閥門(mén)應達到額定排量;排放到ASMEBPVCIII規定壓力后閥門(mén)應回座。

　　API526“鋼制法蘭連接安全釋放閥”表中給出了17個(gè)安全閥標準喉口尺寸系列，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AP1000穩壓器安全閥設計參數：整定壓力：17.24MPa(絕對壓力);超過(guò)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A(yíng)P1000穩壓器安全閥排量大，整定壓力高，故需重點(diǎn)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(guò)壓力。③開(kāi)啟高度。④回座壓力或啟閉壓差。⑤用目視或聽(tīng)覺(jué)確定閥門(mén)機械特性(良好的回座能力;有無(wú)頻跳、顫振、卡阻或有害的振動(dòng))。⑥閥門(mén)動(dòng)作的重復性。

四、主蒸汽安全閥

　　1.AP1000主蒸汽安全閥特點(diǎn)

　　1)采用敞開(kāi)、彈簧加載式安全閥。

　　2)開(kāi)啟特性為突開(kāi)，且設計成雙排口結構形式。

　　3)每條主蒸汽管線(xiàn)上設有6臺主蒸汽安全閥，共12臺閥門(mén)。

　　4)主要設計功能是對蒸汽發(fā)生器提供超壓保護。

　　5)設計壽命內閥門(mén)能經(jīng)受240次整定壓力試驗(部分升程);應設計成具有300次循環(huán)運行壽命。

　　2.設計參數

　　根據AP1000主蒸汽安全閥設計參數：整定壓力：8.56MPa;超過(guò)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(diǎn)，“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(diǎn)

　　1)電廠(chǎng)正常運行時(shí)閥門(mén)保持在全開(kāi)位置，在規定的所有電廠(chǎng)運行模式下，接到主蒸汽隔離信號后5s內快速自動(dòng)隔離，以切斷蒸汽流量。

　　2)采用“對稱(chēng)楔式”雙閘板閘閥結構形式。

　　3)驅動(dòng)裝置上氣體儲罐中氮氣作為不會(huì )失效的關(guān)閉彈簧，以實(shí)現快速關(guān)閉的功能。驅動(dòng)裝置上還設有兩個(gè)獨立的液壓回路，提供足夠的能量克服氮氣壓力，以實(shí)現相互獨立的正常開(kāi)啟和關(guān)閉功能。

　　2.注意事項

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

六、結語(yǔ)

　　AP1000核電站作為我國引進(jìn)的第三代核電站技術(shù)，雖然其核級閥門(mén)數量大為減少，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定的要求。有的閥門(mén)結構形式、驅動(dòng)方式在我國的核電廠(chǎng)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(mén)的系統運行工況、使用情況和設置特點(diǎn)、功能要求、技術(shù)參數、AP1000閥門(mén)設計規范書(shū)，才能制造出能滿(mǎn)足AP1000要求的核級閥門(mén)，從而為AP1000關(guān)鍵閥門(mén)的國產(chǎn)化作好充分準備。

參考文獻

　　[1]林誠格、郁祖盛.非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠(chǎng)AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.