核電閥門(mén)的試驗鑒定

1、概述

　　目前二代加壓水堆核電站核島共有閥門(mén)12000余臺(含2個(gè)機組、不包括儀表閥) ,其中的核級閥門(mén)6200余臺應根據規范要求進(jìn)行鑒定,鑒定方法有試驗鑒定、分析鑒定、分析與試驗相結合,本文主要討論按ASME QME-1: 2002對能動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行試驗鑒定的細節。能動(dòng)閥門(mén)是指在關(guān)閉反應堆至冷停堆狀態(tài)的過(guò)程中或在減輕假想事件后果方面,即在完成系統安全功能的過(guò)程中,必須完成機械動(dòng)作,以執行規定的安全功能。非能動(dòng)閥門(mén)則指在完成系統安全功能的過(guò)程中,僅必須保持壓力邊界的完整性,而不需要執行機械動(dòng)作的閥門(mén)。因此不是所有的核級閥門(mén)都是能動(dòng)閥門(mén),如穩壓器噴霧閥雖然是核一級閥門(mén),但卻是非能動(dòng)閥門(mén)。本文核級指按相應核電規范如ASME III或RCC-M制造的規范等級,與核安全等級有所區別。

2、能動(dòng)動(dòng)力驅動(dòng)閥門(mén)的鑒定試驗

　　ASME QME-1詳細規定了能動(dòng)動(dòng)力驅動(dòng)閥門(mén)、能動(dòng)止回閥、能動(dòng)卸壓閥的鑒定試驗項目、順序和細節。本文僅討論能動(dòng)動(dòng)力驅動(dòng)閥門(mén)、能動(dòng)止回閥的鑒定試驗。

2.1、標準要求的鑒定試驗項目及順序

　　ASME　QME-1 QVP-732011規定了能動(dòng)動(dòng)力驅動(dòng)閥門(mén)的試驗項目及順序。

　　試驗前檢驗　QVP - 733111
　　基頻測定　QVP - 734011
　　環(huán)境與老化模擬　QVP - 7350
　　中間檢驗　QVP - 733211
　　循環(huán)試驗　QVP - 736111 (冷循環(huán))和QVP -736211 (熱循環(huán))
　　中間檢驗　QVP - 733211
　　端部加載試驗　QVP - 737011
　　中間檢驗　QVP - 733211
　　地震試驗　QVP - 738011
　　中間檢驗　QVP - 733211
　　流體阻斷試驗　QVP - 739011
　　試驗后檢驗　QVP - 733311

　　在以上的試驗順序中,某些試驗可以編組進(jìn)行或改變其順序。對于上面的試驗順序允許適當調整,如基頻試驗可與地震試驗合并進(jìn)行,端部加載試驗可與地震試驗合并進(jìn)行[參見(jiàn)QVP -737011(c) ] ,要求滿(mǎn)足QVC - 7000 條款的附加試驗可在以上試驗順序的任一處施行。

2.2、動(dòng)作壽命試驗

　　能動(dòng)動(dòng)力驅動(dòng)閥門(mén)的試驗項目中沒(méi)有包含技術(shù)規范書(shū)要求的2000次循環(huán)(或更多循環(huán)次數)的動(dòng)作壽命試驗,根據多年的核電閥門(mén)鑒定試驗的實(shí)踐證明,模擬實(shí)際工況的動(dòng)作壽命試驗對所有的閥門(mén)類(lèi)型(閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥、隔膜閥等)都是一個(gè)嚴格的考驗。在較早期的試驗中,大部分閥門(mén)在動(dòng)作壽命試驗中都會(huì )出現不同程度的問(wèn)題,這種現象在近兩年有所改善。在結構設計中只要充分考慮循環(huán)動(dòng)作的特定要求、高溫高壓下結構件的應力和變形影響等,一般就能通過(guò)動(dòng)作壽命試驗的考核。因此,目前國內一般都要求核電閥門(mén)應進(jìn)行模擬工況下的動(dòng)作壽命試驗。

2.3、環(huán)境與老化模擬

　　環(huán)境與老化模擬的主要對象為非金屬材料、閥門(mén)驅動(dòng)裝置和電氣附件,如熱老化、輻照老化、機械磨損老化和LOCA等。而閥門(mén)作為機械設備,非金屬材料的使用有填料、墊片和軟密封閥座等。目前國內外針對填料、墊片、電動(dòng)執行機構、氣動(dòng)執行機構及電氣附件都有單獨的經(jīng)過(guò)鑒定的生產(chǎn)廠(chǎng)家。因此,一般要求核電閥門(mén)的填料、墊片、閥門(mén)驅動(dòng)裝置和電氣附件等選擇這些通過(guò)鑒定的生產(chǎn)廠(chǎng)家,而不要求隨同閥門(mén)樣機一起進(jìn)行環(huán)境與老化模擬的鑒定試驗。閥門(mén)樣機所配填料、墊片、閥門(mén)驅動(dòng)裝置和電氣附件,應提供其樣機的所有鑒定試驗報告和鑒定證書(shū)。

　　目前有爭議的是球閥及隔膜閥等閥門(mén)中的軟密封閥座和隔膜等材料的鑒定,針對這些商用化材料,生產(chǎn)廠(chǎng)家一般無(wú)法提供環(huán)境與老化模擬的鑒定試驗報告,而要求這些零件裝配于閥門(mén)整體,然后由閥門(mén)制造廠(chǎng)家進(jìn)行環(huán)境與老化模擬的鑒定試驗,顯然也是不太現實(shí)。目前各方都認可的解決方案是,針對輻照老化,一般是由閥門(mén)制造廠(chǎng)家從供方獲取非金屬材料的試片送有資質(zhì)機構進(jìn)行耐輻照試驗,當然在與設計院、業(yè)主溝通的情況下可直接選擇有相應耐輻照數量級的非金屬材料, 如EPDM 在1 ×10⁵ Gy, Fs-40在1 ×10⁶ Gy, PEEK在1 ×10⁷Gy。針對熱老化和磨損老化,非金屬材料制成的零件隨同閥門(mén)樣機一起進(jìn)行模擬熱態(tài)工況下的動(dòng)作壽命試驗。

2.4、熱沖擊試驗

　　ASME QME-1未包含目前國內設計院要求的熱沖擊試驗,有的設計院要求僅對核一級閥門(mén)進(jìn)行熱沖擊試驗,有的要求核一級、核二級、核三級閥都要求進(jìn)行熱沖擊試驗,各個(gè)設計院對熱沖擊試驗的次數也有不同的規定,有規定5次、也有規定10次的。但總的來(lái)說(shuō),熱沖擊試驗是目前所要求的,是必須列入鑒定試驗項目中的。

2.5、流量系數或流量特性測試

　　因為在通常情況下,流量系數或流量特性測試不是與安全相關(guān)的功能,故ASME QME - 1沒(méi)有將其列入鑒定試驗項目,但從對一個(gè)閥門(mén)整體性能的評估,目前都要求對樣機進(jìn)行流量系數或流量特性測試。對于調節閥或某些對流通能力有特殊要求的閥門(mén),包括樣機或產(chǎn)品都應進(jìn)行流量系數或流量特性測試。

2.6、建議的鑒定試驗項目及順序

　　目前國內核電閥門(mén)樣機的鑒定試驗一般是按4類(lèi)進(jìn)行。

　�、購S(chǎng)家自身能完成的試驗項目(試驗前、冷循環(huán)、試驗后) 。
　�、跓釕B(tài)試驗(熱循環(huán)、熱沖擊、動(dòng)作壽命試驗、流體阻斷) 。
　�、鄣卣鹪囼�(含基頻測定、端部加載、地震試驗) 。
　�、芰髁肯禂祷蛄髁刻匦詼y試。

　　考慮到每一類(lèi)的試驗一般盡量在同一個(gè)試驗室完成,因此,給出實(shí)踐中的鑒定試驗項目及順序。

　�、僭囼炃皺z驗。
　�、诶溲�環(huán)試驗。
　�、壑虚g檢驗。
　�、軣嵫�環(huán)試驗、熱態(tài)動(dòng)作壽命試驗2 000次、熱沖擊試驗、流體阻斷試驗(每一項試驗完成后、動(dòng)作壽命試驗期間定期均在試驗裝置上不拆卸閥門(mén)的情況下進(jìn)行在線(xiàn)檢漏、初步評估閥門(mén)密封的情況) 。
　�、葜虚g檢驗。
　�、藁�頻測定、端部加載試驗、地震試驗(注意端部加載試驗應在地震試驗之前完成) 。
　�、咴囼灪髾z驗。
　�、嗔髁肯禂礐v 值或流量特性測試。

　　按試驗順序及ASME QME-1的規定,應最后進(jìn)行的流體阻斷性能試驗被提前到了熱循環(huán)試驗階段。

　　其中關(guān)于流量系數Cv 值或流量特性測試,其試驗順序可以任意調整,且在確保相同結構、獲得相同的測試數據的前提下,不一定必須要使用同一臺樣機進(jìn)行試驗。但其他的所有試驗項目都必須是在同一臺樣機上完成。國外有的公司鑒定試驗做了很多,但卻都是在不同的樣機上進(jìn)行的。