核級閥門(mén)試驗系統研究
介紹了核級閥門(mén)試驗系統的設計、建造、功能、運行及系統熱量衡算。通過(guò)核級閥門(mén)試驗系統建設，對新研閥門(mén)進(jìn)行功能性驗證試驗，可提高閥門(mén)研發(fā)能力、技術(shù)性能及可靠性。
1、概述
核級閥門(mén)試驗系統是為核級閥門(mén)功能驗證和鑒定提供條件保障，通過(guò)核級閥門(mén)試驗系統進(jìn)行閥門(mén)鑒定試驗，以驗證閥門(mén)在整個(gè)壽期內的安全性和可靠性。按ASME 及國內相關(guān)標準規定，新研核級閥門(mén)需進(jìn)行鑒定試驗，包括殼體強度試驗、閥瓣耐壓試驗、密封性能試驗、動(dòng)作性能試驗、閥門(mén)流阻系數測試、冷、熱態(tài)循環(huán)試驗、全壓差下閥門(mén)冷態(tài)啟閉和熱態(tài)啟閉試驗、冷、熱態(tài)壽命試驗、冷、熱態(tài)交變試驗、傾斜狀態(tài)下性能試驗、LOCA 環(huán)境鑒定試驗、流體阻斷試驗等。核級閥門(mén)試驗均需要在核級閥門(mén)試驗系統上完成。隨著(zhù)核電工業(yè)的迅速發(fā)展，核級閥門(mén)種類(lèi)多、數量大，要求在復雜系統和各種工況條件下能可靠動(dòng)作。因此對于安全方面起重要作用的閥門(mén)，在可能范圍內，在試驗回路上進(jìn)行模擬閥門(mén)運行狀態(tài)試驗，以驗證閥門(mén)的安全性和可靠性。
2、技術(shù)參數
工作壓力(最高) ：17.2MPa
工作溫度(最高)： 343℃
工作介質(zhì)：去離子水
公稱(chēng)直徑(主管道) ：100 mm
最大流量：110t/h
3、試驗系統
3.1、系統構成
核級閥門(mén)試驗系統為模塊化設計系統，是由循環(huán)泵、電加熱器、耐壓水箱、加壓泵、管道過(guò)濾器、冷卻器、穩壓器、節流孔板、儀控設備、高壓氮氣瓶、系統臺架、各類(lèi)閥門(mén)、彎頭三通及無(wú)縫鋼管等組成。穩壓器上設有溫度、壓力及液位測點(diǎn)，以監測試驗過(guò)程中穩壓器的運行狀態(tài)。耐壓水箱設置了液位變送器，監測水箱液位。在試驗回路的相關(guān)地方設置壓力表、流量計及測溫元件，監測系統運行過(guò)程中的各項參數。
核級閥門(mén)試驗系統設計為可移動(dòng)式臺架，臺架分為上下兩層，其所有設備固定在系統自身的矩形鋼結構臺架中，可實(shí)現整體吊裝。該回路主體框架采用矩形鋼結構設計，矩形鋼結構桁架為型鋼焊接而成。臺架地面鋪設不銹鋼花紋板。給排水設施及所有配電、控制線(xiàn)纜、信號線(xiàn)纜設置於臺架地面之下。整個(gè)系統設備布置緊湊、合理，便于安裝、操作及保養維修。
3.2、系統工藝流程
核級閥門(mén)試驗系統在滿(mǎn)足總體技術(shù)參數的基礎上，運行穩定可靠，配合不同的試驗段接口，可完成閘閥、截止閥、截止止回閥、止回閥、球閥及蝶閥等不同閥類(lèi)的功能鑒定試驗。工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1 核級閥門(mén)試驗系統工藝流程
3.3、試驗回路功能
核級閥門(mén)試驗回路為閉式循環(huán)系統�；芈分醒h(huán)泵提供的額定循環(huán)流量為110m3/h，循環(huán)泵由變頻器實(shí)施調速來(lái)調節流量變化。穩壓器內置加熱元件，由可編程控制器PLC 調功器進(jìn)行功率調節，穩壓器充裝氮氣穩壓。系統的溫度壓力與穩壓器水位值呈對應關(guān)系，當回路中溫度升高時(shí)，壓力和水位亦相應升高。反之壓力和水位則相應降低。系統正常運行時(shí)，對回路參數的調節只是對回路溫度的調節，即對加熱元件投入功率大小的調節。這種調節功能由計算機系統完成，能夠使回路的溫度和壓力控制在規定范圍內。
試驗回路設有超溫保護、超壓保護及用電設備故障保護等功能，以及系統報警和急停功能。試驗回路在升溫升壓過(guò)程中設有現場(chǎng)手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式。實(shí)現升溫、升壓過(guò)程中升壓速率與升溫速率、電加熱功率調節和循環(huán)泵流量調節的自動(dòng)控制。
計算機操作系統有良好的人機界面，可實(shí)時(shí)顯示系統狀態(tài)并記錄存儲數據。隨時(shí)查閱時(shí)間與溫度曲線(xiàn)、時(shí)間與壓力曲線(xiàn)、壓力與溫度曲線(xiàn)，并設置壓力- 飽和溫度控制程序，以保證系統的穩定運行。
�、� 實(shí)時(shí)監控顯示試驗回路系統總貌畫(huà)面、準備畫(huà)面、報警總貌畫(huà)面、參數顯示和設定畫(huà)面、閥門(mén)狀態(tài)畫(huà)面、控制回路畫(huà)面、實(shí)時(shí)趨勢畫(huà)面和歷史記錄畫(huà)面等，實(shí)現對試驗臺運行過(guò)程的實(shí)時(shí)控制及對設備運行狀態(tài)的在線(xiàn)監視。
�、� 人工干預指令實(shí)現試驗回路設備的手動(dòng)控制。
�、� 實(shí)時(shí)/歷史趨勢曲線(xiàn)顯示試驗回路所有工藝參數的實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)，并可存儲歷史趨勢曲線(xiàn)或將趨勢曲線(xiàn)打印輸出。
�、� 故障報警管理實(shí)現故障報警的實(shí)時(shí)控制及管理，可將故障事件報表打印輸出。
�、� 故障診斷通過(guò)對標簽變量及PLC I/O 點(diǎn)狀態(tài)的監控，實(shí)現快速故障診斷。
�、� 安全管理通過(guò)對HMI 的操作、管理及系統維護分別設置不同權限的安全密碼，從而實(shí)現分層次的安全管理。
�、� 操作指導將試驗回路相關(guān)運行工藝數據以數字或圖形畫(huà)面的形式提供，用于試驗回路運行作業(yè)的工藝操作指導，操作中可以通過(guò)HMI 界面的參數設定功能輸入某些無(wú)法直接從現場(chǎng)采集的數據及部分人工設定值，并可根據試驗作業(yè)需要隨時(shí)修改上述設定值。
3.4、系統運行
被試閥門(mén)裝入試驗系統后，利用耐壓水箱出口管和加壓泵對試驗回路和穩壓器進(jìn)行充水放氣，全開(kāi)電動(dòng)節流閥以排盡系統空氣，并使穩壓器處于水實(shí)體狀態(tài)。充水放氣完成后，啟動(dòng)循環(huán)泵循環(huán)回路。根據運行需要啟動(dòng)電加熱器對回路加熱，全開(kāi)電動(dòng)節流閥，循環(huán)電加熱器產(chǎn)生的熱量。當回路升溫速率大于2℃ /min 時(shí)，控制系統發(fā)出報警，手動(dòng)操作關(guān)閉加熱器以控制升溫速率，降低升溫過(guò)程中產(chǎn)生的熱應力。當回路壓力、溫度滿(mǎn)足試驗要求時(shí)，穩壓器液位穩定在2 /3 時(shí)，即可對被試閥進(jìn)行各項試驗。在試驗過(guò)程中，對回路溫度和壓力自動(dòng)控制。當回路溫度高于設定溫度2℃或低于設定溫度2℃時(shí)，控制室發(fā)出高報或低報并自動(dòng)運行電加熱器功率。當回路壓力高于設定值0.2MPa 時(shí)，控制室發(fā)出高報。當回路壓力低于設定值0. 2MPa 時(shí)，控制室發(fā)出低報�；芈穳毫σ部赏ㄟ^(guò)電動(dòng)節流閥進(jìn)行自動(dòng)調節。真空技術(shù)網(wǎng)（http://likelearn.cn/）認為若試驗系統溫度、壓力超過(guò)設定試驗值，或需進(jìn)行冷熱交變試驗時(shí)，可通過(guò)冷卻器對回路進(jìn)行降溫、降壓。
閥門(mén)試驗完成后，關(guān)閉所有加熱器，維持循環(huán)泵運行。利用冷卻器對回路進(jìn)行降溫、降壓。降溫速率可通過(guò)冷卻器出口調節閥和冷卻水量來(lái)控制。當系統溫度接近常溫常壓時(shí)，打開(kāi)回路排氣閥和疏水閥，對回路進(jìn)行疏水。疏水結束后，拆除被試閥，對回路進(jìn)行干保養，已備下次進(jìn)行試驗。
3.5、清潔
為滿(mǎn)足核級閥門(mén)清潔度的要求，在試驗回路設計上充分考慮盡量減少縫隙、氣室、盲孔、不易排空的腔室、清洗溶液或其他污物的滯留。管路及設備均采用奧氏體不銹鋼材料，在系統的高點(diǎn)設排氣孔，低點(diǎn)設排水孔。
5、結語(yǔ)
通過(guò)核級閥門(mén)試驗系統，可完成核島和常規島中使用冷卻劑或其他高溫液體為介質(zhì)的閥門(mén)功能試驗項目。核級閥門(mén)試驗回路建設，將使配套關(guān)鍵閥門(mén)及其他核級閥門(mén)研發(fā)能力、產(chǎn)品技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性方面有很大提高。能滿(mǎn)足核級閥門(mén)產(chǎn)品的功能性試驗，同時(shí)具備科研項目及核級閥門(mén)樣機鑒定試驗的要求。
