核電閥門(mén)國產(chǎn)化分析

　　介紹了核電閥門(mén)相關(guān)標準的規定及其產(chǎn)品的特殊性、安全性和可靠性。分析了國內外核電閥門(mén)在企業(yè)管理、閥門(mén)研發(fā)設計和產(chǎn)品生產(chǎn)制造工藝及輔助加工設備等方面的能力與水平。提出了核電閥門(mén)產(chǎn)業(yè)應列入國家核電成套設備國產(chǎn)化計劃，整合國內相關(guān)資源和集中人力、資金進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和科研攻關(guān)，促使核電閥門(mén)國產(chǎn)化并逐步向高端領(lǐng)域發(fā)展的建議與設想。

1、概述

　　在實(shí)現低碳、環(huán)保、綠色及可持續發(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(mén)的國產(chǎn)化能力起到至關(guān)重要的作用。閥門(mén)在核電站設備中雖然不是主設備，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節核電站管道內介質(zhì)的流量、溫度、壓力及流向等，還對其他壓力容器如穩壓器及蒸發(fā)器等起保護作用。雖然核電站用閥門(mén)的工作溫度和壓力等參數比常規火電站用閥門(mén)低，但是由于核電站具有其設備的特殊性、安全性和可靠性，因此對核電閥門(mén)產(chǎn)品提出了遠高于普通工業(yè)設備的要求。同時(shí)，在核電閥門(mén)的設計、制造過(guò)程中，有著(zhù)比常規閥門(mén)更多的測試要求，以及更嚴苛的合格標準。

2、閥門(mén)特性

　　根據核電閥門(mén)相關(guān)標準的規定，核電站閥門(mén)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(gè)百萬(wàn)千瓦壓水堆核電機組，所需閥門(mén)約2. 8 萬(wàn)臺( 表1 ～ 表3) 。

表1 核電站閥門(mén)分布

表2 不同安全級別閥門(mén)數量

表3 進(jìn)口與國產(chǎn)閥門(mén)數量及金額對比

　　從表1 ～ 表3 可以看出，進(jìn)口閥門(mén)數量只占到閥門(mén)總數的4. 3%，而其金額卻占到所有總金額的58%。由此可見(jiàn)，在核電閥門(mén)附加值較高的高端領(lǐng)域，進(jìn)口閥門(mén)仍然占據絕對的優(yōu)勢。伴隨著(zhù)中國整個(gè)核電產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，目前國內核電閥門(mén)制造廠(chǎng)逐漸進(jìn)入原本被國外廠(chǎng)家所壟斷的核一級閥門(mén)高端市場(chǎng)，從福清核電1、2 號機組產(chǎn)品采購數據分析，已國產(chǎn)化的核一級閥門(mén)多數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(mén)領(lǐng)域的進(jìn)口閥門(mén)仍然以29% 的核一級閥門(mén)數量，占據了79%的核一級閥門(mén)總采購金額。

3、企業(yè)現狀

　　從數據的分析可以看出，目前福清核電站用閥門(mén)數量上超過(guò)95%的閥門(mén)為國內制造，但是在產(chǎn)品金額上國產(chǎn)閥門(mén)無(wú)論是核一級高端領(lǐng)域，還是全部核電站閥門(mén)都遠低于進(jìn)口閥門(mén)，即國產(chǎn)核電閥門(mén)絕大多數都集中于數量大、價(jià)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(mén)如核一級電動(dòng)閘閥、核一級調節閥、主蒸汽隔離閥、主蒸汽安全閥及主給水調節閥等附加值極高的關(guān)鍵閥門(mén)，目前還不具備國產(chǎn)化的能力，均被國外廠(chǎng)家壟斷。與國外閥門(mén)行業(yè)研發(fā)、制造水平相比，國內廠(chǎng)家還有較大差距，主要體現在企業(yè)管理、產(chǎn)品研發(fā)設計能力、閥門(mén)加工設備、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

　　與國內大多數制造行業(yè)一樣，當前國內核電閥門(mén)企業(yè)的粗放式管理未得到徹底扭轉。雖然諸如6S 管理、6Sigma 管理、核電設備質(zhì)保體系以及核電設備質(zhì)量理念等均在執行，但是實(shí)際執行效果與國外先進(jìn)管理體系相比，其軟實(shí)力的差距還遠大于生產(chǎn)設備等硬實(shí)力的差距。

3.2、研發(fā)設計

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

3.3、加工設備及生產(chǎn)工藝

　　目前國內核電閥門(mén)企業(yè)機加工設備主要以萬(wàn)能機床為主，制造精度低，生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量穩定性及統一性稍差。而在國外得到普遍應用的數控機床目前在國內還未大量普及，采用數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(mén)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產(chǎn)品更嚴苛。因此，這對于煉鋼設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，使用蠟模鑄造等精密鑄造工藝，是核級鑄件的首選。國內具備提供核級閥門(mén)鑄件資質(zhì)的企業(yè)不多，核電閥門(mén)鑄件訂貨趨于緊張，由此也帶來(lái)了產(chǎn)品質(zhì)量不穩定、交貨期難以滿(mǎn)足閥門(mén)廠(chǎng)家進(jìn)度要求等問(wèn)題。對于一些大口徑核電閥門(mén)鑄件，如代表著(zhù)核電閥門(mén)最高鑄造水平的主蒸汽隔離閥體( DN800) ，國內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)品晶間結構均勻、致密，質(zhì)量比鑄件優(yōu)良。目前國外先進(jìn)閥門(mén)企業(yè)越來(lái)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(wú)論是外觀(guān)還是內在質(zhì)量都大幅提升。在核電閥門(mén)模鍛方面，國內制造水平與先進(jìn)水平相比差距較大。當前國內企業(yè)僅能提供小口徑閥門(mén)鍛件。

　　(3) 執行機構及各種附件的制造能力

　　作為閥門(mén)的動(dòng)力裝置，執行機構主要功能是按照指定命令精確的調整閥門(mén)開(kāi)度，其對閥門(mén)整體質(zhì)量性能有較大影響。目前國內能夠制造提供1E 級K1 類(lèi)閥門(mén)電動(dòng)裝置、1E 級K3 類(lèi)閥門(mén)氣動(dòng)裝置。對于部分技術(shù)要求高、制造難度大的執行機構，如限位開(kāi)關(guān)及電磁閥等附件、先導式控制系統及用于主蒸汽隔離閥的氣- 液聯(lián)動(dòng)式執行機構，產(chǎn)品還需要從國外進(jìn)口。

　　(4) 試驗及測試條件

　　核電產(chǎn)品因為其特殊性，對設備的可靠性提出較高要求。因此，核電閥門(mén)如主蒸汽隔離閥、主蒸汽安全閥等在批量生產(chǎn)應用之前需要經(jīng)過(guò)嚴格的樣機試驗。但是目前國內的測試條件及設備非常有限，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，國內尚沒(méi)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，限制了國內新的閥門(mén)產(chǎn)品的研發(fā)制造。

3.5、國外主要核電閥門(mén)概況

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

圖1 核電閥門(mén)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(guò)重大技術(shù)裝備科研攻關(guān)、引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)消化、與國外廠(chǎng)家合作等途徑，部分國內核電閥門(mén)企業(yè)在核電閥門(mén)研發(fā)、制造方面取得了不少突破。如2009 年，某閥門(mén)公司研發(fā)的核電穩壓器比例噴霧閥樣機通過(guò)專(zhuān)家鑒定，填補了國內空白。同時(shí)，該公司新研發(fā)的核一級電動(dòng)截止閥、核二級氣動(dòng)球閥、核二級平行雙閘板電動(dòng)閘閥、核二級W 型電動(dòng)閘閥( 公稱(chēng)通徑200mm，設計壓力6. 4 MPa) 等產(chǎn)品也達到了國內先進(jìn)水平。而另一閥門(mén)公司開(kāi)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(guò)了國家級鑒定，填補了國內空白，大大的推進(jìn)了核電閥門(mén)國產(chǎn)化的進(jìn)程。同時(shí)，國內也正在興建首臺核電站安全閥試驗臺架，將極大緩解國內核電站安全閥試驗臺架緊缺的局面。目前國內已經(jīng)有供貨業(yè)績(jì)的核電閥門(mén)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節閥等。目前已通過(guò)樣機鑒定但是沒(méi)有供貨業(yè)績(jì)的有穩壓器噴淋閥等，而主蒸汽隔離閥的國產(chǎn)化，當前正在和國外廠(chǎng)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、穩壓器安全閥及先導式安全閥等核電關(guān)鍵閥門(mén)，以及部分大口徑電動(dòng)閘閥，這些閥門(mén)的數量只占核電閥門(mén)總數的2% 左右，但其合同額卻占40%左右。對于這一批閥門(mén)，依托當前國內眾多核電建設項目，可以采取技術(shù)引進(jìn)、合資，以及技術(shù)攻關(guān)等方式，有選擇、有步驟的實(shí)現產(chǎn)品國產(chǎn)化。

4.2、發(fā)展前景

　　國內大多數在建核電站技術(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。以高溫期冷堆為代表的第四代核電技術(shù)在2012 年末獲準開(kāi)工建設。從當前國內核電發(fā)展態(tài)勢分析，未來(lái)若干年內AP1000 技術(shù)將是國內主流�；�于A(yíng)P1000 技術(shù)路線(xiàn)的特點(diǎn)，閥門(mén)數量大幅度減少，主要閥門(mén)供應商也必將從M310 堆型的法國轉移到美國。國內一些主要閥門(mén)廠(chǎng)家也開(kāi)始掌握新的核電技術(shù)，如AP1000的真空爆破閥樣機已連續多次進(jìn)行了相關(guān)試驗。而在A(yíng)P1000 新技術(shù)中被淘汰的閥門(mén)如隔膜閥等，也將向調節閥領(lǐng)域實(shí)現轉變。

4.3、建議

　　(1) 核電閥門(mén)產(chǎn)業(yè)應列入國家核電成套設備國產(chǎn)化計劃。制定核電閥門(mén)行業(yè)發(fā)展規劃，以保證核電閥門(mén)行業(yè)持續和穩定的發(fā)展。

　　(2) 整合國內各相關(guān)研究設計院、高校及企業(yè)等相關(guān)資源，組建國家核電閥門(mén)實(shí)驗基地，加強核電閥門(mén)測試的能力。

　　(3) 做好配套行業(yè)的規劃。對于上下游如鑄鍛供應商、執行機構供應商、電氣附件供應商等統籌規劃，完善核電閥門(mén)產(chǎn)品供應鏈。

　　(4) 加強核電閥門(mén)樣機的鑒定管理，達到合理的通過(guò)率，以維護樣機鑒定的權威性、嚴肅性和可信性。

5、結語(yǔ)

　　核電閥門(mén)企業(yè)在管理上應以國際先進(jìn)企業(yè)為榜樣，改變國內的粗放式管理，集中人力和資金進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)及科研攻關(guān)，促使產(chǎn)品逐步向高端核電閥門(mén)領(lǐng)域發(fā)展。在國內巨大的核電市場(chǎng)下，閥門(mén)企業(yè)應該在技術(shù)提升和管理提升的保證下，謀求企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，從而實(shí)現更多核級閥門(mén)的國產(chǎn)化。