1、 上海交通大学硕士学位论文秦山二期核电站主蒸汽隔离阀振动与噪音分析姓名：牛传贵申请学位级别：硕士专业：核能与核动力工程指导教师：王德忠;曹定20080225上海交通大学工程硕士论文 摘要秦山二期核电站主蒸汽隔离阀振动与噪音分析摘要秦山核电二期工程主蒸汽隔离阀安装以后，试运行过程中噪音和振动都偏大，设备大修期间发现主蒸汽隔离阀闸板及主蒸汽安全阀阀内件都出现损伤。主蒸汽隔离阀造成的振动问题直接影响环境噪音及主蒸汽隔离阀及附近的主蒸汽安全阀的使用，并且使主蒸汽安全阀的整定值出现偏移及不正常起跳和泄漏。经过对国内外调研，发现秦山二期参考电站大亚湾核电站的主蒸汽隔离阀存在类似的问题，而且在法国使用相似结
2、构的阀门的核电站也存在着同样的问题。但是在国内外的原因分析中都只强调阀板损伤没有对安全造成重大影响，没有提到噪音和振动的原因，也没有提出过解决方案。本文通过对主蒸汽管线进行振动测量、流场分析、腐蚀磨损分析，认为是由于阀门缩径引起蒸汽流速过大，达到87m/s，大大超过电力行业标准DL/T 50541996“火力发电厂汽水管道设计技术规定” 4060 m/s的推荐流速。由于阀门缩径在阀门内部形成声共振腔，从而形成较大的振动和噪音。振动引起闸板与导向条之间的微动磨损，造成接触面材料的微动疲劳损伤。加上汽蚀作用，促进和加速了材料表面的损伤。秦山核电二期工程主蒸汽隔离阀的进出口处内径为 739mm，阀门
3、喉径为465mm。本文提出的改造方案建议通过对阀门扩孔，将阀门喉径由465mm扩大到489mm，经过计算，流速由改造前的87m/s降低到71.8m/s。根据加拿大原子能公司对闸阀阀芯对噪音影响的研究结论，本文对主蒸汽隔离阀的阀座形状也提出改进方案，以进一步减少噪音及振动。同时本文进一步提出未来可以考虑实施的解决方法，对秦山二期扩建项目I上海交通大学工程硕士论文 摘要阀门采购提出更加合理的阀门缩径。对于秦山 1号 2号机组阀门的改造，在改造之前可以进一步通过模拟件试验以验证改造效果。关键词：振动，噪音，流速，磨损，腐蚀，主蒸汽隔离阀II上海交通大学工程硕士论文 摘要QI NSHAN PHASE
4、I I NUCLEAR POWER PLANTMAI N STEAM I SOLATI ON VALVEVI BRATI ON AND NOI SE ANALYSI SABSTRACTDuring the commissioning of the main steam isolation valves it is found that the noise and the vibration are very strong. The internal parts of MSIV and MSSV are found damaged during the first outage. The noi
5、se is a pollution to the environment and the vibration damaged the valve internal parts of MSIV(Main Steam Isolation Valve) and MSSV(Main Steam Safety Valve). The MSSV setting value is floated which result in opened accidentally and leakage. After investigation on the valves situation in the referen
6、ce power plant Daya Bay, it is found that there is same problem in Daya Bay and in nuclear power plant with the similar MSIV in France. In the analysis report they suggest that the vibration and the valve disc damage will not affect the safety and the operation of the MSIV and there is no analysis o
7、f the cause and recommended solution. A series of research such as vibration measurement, CFD analysis, abrasion and corrosion analysis is done to find out the reason of the problem. The result concludes that because of the contraction of the valve throat, the steam velocity reaches 87m/s. It is muc
8、h over the IIIspeed of 4060m/s recommended by electricity power standard. The contraction of throat also form of sonic resonance cavity, which causes the big vibration and noise. The vibration result in the jiggle corrosion and the fatigue damage, which is reason of the contact surface damage of the
9、 disc and the disc guide. The inlet and outlet pipe size is 739mm and the valve throat is 465mm. This essay recommend that by modification of the valve throat from 465mm to 489mm, the calculated speed will be slowed from 87m/s to 71.8m/s. According to the research of the Canadian Atomic Company, by
10、modification of the specific shape of the valve seat will improve the valve noise and vibration. KEY WORDS ： vibration, noise, flow speed, abrasion, corrosion, main steam isolation valveIV上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献
11、的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：牛传贵日期： 年 月 日I上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：牛传贵 指导教师签名：王德忠日期： 年 月 日 日期： 年 月 I上海交通
12、大学工程硕士论文 绪论第一章绪论1. 1研究意义闸阀是工业上应用最广的截断阀之一，主要用来接通或截断管路中的介质。适用于压力、温度及口径范围很大，尤其适用于中、大口径的管道；在全开时压力损失小、流体阻力小、启闭力矩小及密封性能好等。但对于高速流动的介质，闸板在局部开启状况下可以引起闸板的振动，而振动又可能损伤闸板和阀座的密封面，而节流会使闸板遭受介质的冲蚀。在管系（尤其是高速流体管系）中，闸阀经常是噪音的主要来源，这主要是由闸阀结构所决定的。这种阀门的腔室形状复杂流体也较复杂，尤其是上腔室。当流体流经时，部分流体会进入腔室内，形成回流会产生噪音和振动，而对于高速流体来说，这种效应会更加明显。高
13、速喷出的介质在阀门下游与管内介质产生强烈的剪切作用，导致漩涡和紊流 ,也会产生强烈的噪声。秦山核电二期工程主蒸汽隔离阀安装以后，试运行过程中噪音和振动都偏大，设备大修期间发现主蒸汽隔离阀闸板及主蒸汽安全阀阀内件都出现损伤。主蒸汽隔离阀造成的振动问题直接影响环境噪音及主蒸汽隔离阀及附近的主蒸汽安全阀的使用，并且使主蒸汽安全阀的整定值出现偏移及不正常起跳和泄漏。经过对国内外调研，发现秦山二期参考电站大亚湾核电站的主蒸汽隔离阀存在类似的问题，而且在法国使用相似结构的阀门的核电站也存在着同样的问题。但是在国内外的原因分析中都只强调阀板损伤对安全没有重大影响，没有提到噪音和振动的原因，也没有提出过解决方
14、案。本文希望通过一系列的试验和分析，找到问题的原因并提出解决方案。1. 2 国内外研究现状1. 2. 1秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音的研究在 2002年发现主蒸汽隔离阀噪音及振动问题后本人曾撰文提出主蒸汽隔离阀噪音及1上海交通大学工程硕士论文 绪论振动问题的根源是主蒸汽隔离阀缩径引起主蒸汽流速过大造成的，解决的方法是增加支撑及进行扩孔1。秦山二期的郭轶波、孙永信等也先后进行了主蒸汽隔离阀噪音及振动的原因分析及提出解决方案23。但是对于阀门振动及噪声的真正原因一直没有进行彻底的分析，进行扩孔等解决方案不能完全证明其可行性。2004年秦山二期委托上海申能公司进行了一系列流场分析及振动试验，但是对
15、于振源、阀门损伤也没有明确的答案45678。1. 2. 2国内参考电站的主蒸汽隔离阀情况大亚湾核电站的主蒸汽隔离阀在 2001年 9月底巡检时发现 1号堆的 1VVP001VV振动噪音与其它主蒸汽隔离阀相比偏大，为此1号堆的1VVP001VV阀门的振动噪音问题引起了大亚湾核电站的广泛关注。同时1号堆的1VVP002/003VV和2号堆的3台主蒸汽隔离阀上也存在同样的问题，但没有1号堆的1VVP001VV的问题严重。对于1号堆的1VVP001VV阀门异常振动和噪音问题，大亚湾核电站召开了专题会议进行研究，研究后认为大亚湾核电站主蒸汽系统的主蒸汽隔离阀振动与噪音现象，是由于管道内强大的气流引起阀门
16、的内部构件振动引起的，长期以来一直存在。在大亚湾核电厂及法国的一些电厂也曾发现过与秦山类似的缺陷9。大亚湾核电厂 108大修期间曾发现主蒸汽隔离阀 1VVP001VV闸板上有超过3mm深的裂纹，解决措施是更换闸板。大亚湾核电站通过向法国EDF公司求助，得到的答复是该现象在法国类似电厂也一直存在，并且不会影响电厂安全及阀门的功能，不需要采取措施，只需要对阀门的损伤及振动情况进行跟踪。大亚湾核电站一直没有提出过彻底的原因分析和解决方案。1. 2. 3国外核电站主蒸汽隔离阀情况从法国 EDF公司反馈的信息获知：法国 EDF P4(1300MWe)和 N4核电站装有 ROCKWELL阀门,900MWe
17、和P4电厂装有DELAS阀门。从1990年就对核电站VVP系统的主蒸汽隔离阀所产生的振动和噪音十分关注，认为该缺陷会一直存在而且保持稳定，但是对阀门的安全功能没有影响。1994年EDF建议对主蒸汽隔离阀的振动和噪音以及阀板的表面缺陷发展情2上海交通大学工程硕士论文 绪论况进行跟踪，决定对此现象进行深入调查以解决阀门的振动和噪音问题。自 1992年发现表面裂纹缺陷以来一直到 2001年，在法国 GOLFECH电厂才发现到一个阀门的缺陷有所发展。所有安装 ROCKWELL主蒸汽隔离阀的核电站都有同样的现象（阀门噪音和表面碰撞痕迹），因此该现象被认为是普遍问题。该缺陷主要位于上游侧的闸板上部，缺陷的
18、深度可能达到 1mm，这与秦山二期闸板上缺陷的情况非常类似。根据阀门制造厂的分析，表面损伤（类似于锤打的痕迹）位于导槽的内侧和闸板上，这是由于蒸汽的作用，阀门处于全开时闸板接触背阀座，闸板围绕导向条旋转运动的结果。损伤位于上游侧主要因为蒸汽流动会将闸板压紧到导向条上，限制了旋转运动。这一现象不太可能影响阀门的安全功能10。因此类似设计的主蒸汽隔离阀在法国也一直存在噪音和振动及引起的阀板损伤，但是法国EDF也一直没有提出合理的分析及解决措施。1. 2. 4国内外对蒸汽管道及闸阀的设计实践一般来说，对于通径较大的闸阀，为了减小相关零部件的尺寸、启闭力矩，允许进行适当的缩径。但是采用缩径后，会增加阀
19、内的流动阻力，压降和能耗增大，因此缩径比例不宜过大。国内外对于闸阀缩颈的控制有具体的限制。通常阀座通道的直径和公称直径之比为 0.80.95，缩口通道母线对中心线倾角不大于12111213。按照电站高温高压截止阀闸阀技术条件DL/T531-94中要求，闸阀管口通径不小于公称通径90，阀座通径不小于公称通径8014。对于管道内介质流速的允许值，根据我国的电力行业标准 DL/T 50541996“火力发电厂汽水管道设计技术规定”，该标准规定主蒸汽管道的推荐流速为4060 m/s15，根据化工工艺设计手册要求，低压蒸汽流速推荐值为 1520m/s，中压蒸汽 2040m/s，高压蒸汽4060m/s；另
20、有饱和蒸汽主管推荐值为3040m/s，支管为2030m/s。16根据美国URD（用户要求文件）的要求，蒸汽流速不超过150ft/s，即45.7m/s17。ASME B16.34的相关规定是阀座通径不小于公称直径的9018。3上海交通大学工程硕士论文 绪论据了解如美国、德国等国家的缩径率也一般控制在8090左右19。从这个角度看，主蒸汽隔离阀的缩径率为465/800=0.58，较一般的规定均超出很多，过大的缩径而导致蒸汽流速增大，使得噪音随之增大。管道或阀门内介质流速越高，噪音越大。因此工业上对噪音限制较严的管道，为控制噪音进而需要对流速进行控制，参见表11。此值是根据我国引进的电站设计技术中所
21、收集到国外对管道介质的推荐流速值而确定的。表11管道内流速的限制值管道周围的声压级d.B 防止噪声的流速限制值m/s7080903345571. 2. 5国外进行的闸阀噪音的相关研究成果加拿大原子能公司发现部分运行蒸汽介质的大口径闸阀出现限制的噪音问题，噪音高达92dB。为对阀门改造提出建议方案，针对闸阀噪音进行过一系列的试验，通过选取不同的阀板和阀座型式以验证对噪音的影响20。ChalkRiver试验室的VIBFLO空气系统可以提供150g/s的连续流量和530g/s的峰值流量，试验压力500 kPa。管道采用3inch的PVC管道。系统试验回路如图 11。阀座腔室插入件如图 12。阀板插入
22、件如图 13。各种型式阀座插入件如 13图。通过在阀体中插入不同的阀腔，测试阀腔大小对噪声的影响。通过不同的阀板及阀座组合，测试阀板及阀座形状对噪声的影响。通过测试如图 12的各种阀腔，阀腔 2可以完全消除声频噪声，并大大降低宽频噪声。说明减小阀腔使阀腔与流道保持大小一致可以消减噪声。浅的轴对称阀腔3也可以显著降低噪声水平。通过插入2号D型阀板和3号延长阀板，并不能减小管道压降，但可以轻微减小噪音。据很多作者称，避免流体冲击下游腔体边缘，或将流体反射到上游腔体，可以降低湍4上海交通大学工程硕士论文 绪论流的不稳定性。使下游腔体边缘变得圆滑和倾斜，将降低压降。阀座1与阀座3、2、4配对使用后，不
23、稳定压力系数稍微下降。21 22 23一旦流体可以在上游阀座斜坡被分开，上游或下游腔体的斜面可以降低腔体的压力波动。上下游通过使用4、2、3阀座可以显著降低噪音。阀座4比阀座2噪音小，但是在马赫数高于0.075和约0.062时，则表现不如阀座3。当阀座4和阀座1配对使用时，与同时使用阀座4的效果都不错，但是压力损失较大。在圆弧角阀座中，阀座4表现最好。阀座4在低于0.079马赫数时大大降低噪音，但是对于高马赫数时，则噪音水平变化不大。阀座11与阀座4表现都不错，但不如阀座3。圆弧倒角的阀座8、9没有显著降低噪音。所有的小直径倒角倾斜阀座都比原阀座表现好。但是除了阀座7和10，随着管道马赫数和雷
24、诺数的增加产生较大噪音。马赫数增加到某个点，噪音时开始随着倾角的增加而增加。全部或大部分15度倾角的阀座7和10对降低噪音都有效。阀座12的15度倾角较短，则会增大噪音。阀座13有利于流体分流，但是其表现与阀座12类似。不管阀腔的形状，阀座 10在各种情况下都会显著降低噪音。它比阀座 7的密封面要大。因此阀座10是本试验得出的最优阀座。这种设计增加了喉径，降低了喉径处的流速，减小了喉径处的动压，从而降低噪声强度。为避免高压蒸汽管线闸阀的噪音，建议阀门喉径处的动压要小于 30kPa，或者使用带导流孔的闸阀以消除阀腔。在保证阀座密封面的同时，阀腔应尽可能的浅。阀门缩径比应尽可能小。在阀座上下游 1
25、5度的斜面可以降低噪音，斜面的长度应不小于阀腔宽度的 20。边缘圆角也是很有效降低噪音的方法。修改阀板形状、修改下游阀座都没有什么效果。上游阀座斜面或圆角可以降低噪音，但是会增大压降。该试验简单说明了阀座结构对阀门噪音的影响，但是对于阀门缩径及其对介质流速、振动、共振等现象没有进行分析和试验。但是其对阀座形状的研究对于本文提出的阀座修改方案具有很好的参考价值。5上海交通大学工程硕士论文 绪论图 1-1试验系统Fig1-1 test system6上海交通大学工程硕士论文 绪论图 1-2阀座腔室插入件Fig1-2 valve chamber insert7上海交通大学工程硕士论文 绪论图 1-3
26、阀板插入件Fig1-3 valve disk insert8上海交通大学工程硕士论文 绪论图1-4阀座插入件Fig1-4 valve seat insert1. 3 本文主要研究内容根据秦山二期主蒸汽隔离阀及外部经验反馈的情况看，噪音与振动是一个普遍存在的问题，但是同一电厂同样工况下阀门的振动噪音情况有较大差异，因此造成噪音与振动的因素可能比较复杂。基本考虑从以下几个方面入手：1）声振动机理分析以流体在隔离阀中流动（CFD）状态分析为基础进行声学方面的分析和估计，重点对射流喷注、喷注噪声、声共振器与声放大器等的特点进行解剖，并结合振动试验分析结果从中找出不同频率的振动源的差异。9上海交通大学工
27、程硕士论文 绪论2）材料微动磨损、微动疲劳气蚀机理分析通过材料的微动磨损和微动疲劳机理分析可得到它对材料表明磨损区的疲劳强度、断裂性能和疲劳裂纹扩展速率等性能影响的趋势。从而解释微动磨损比无微动的普通磨损疲劳寿命更短的原因。另外从汽蚀机理的分析可以了解为什么汽蚀空泡破灭时会伴随发生强大的冲击力，而这种冲击力是材料表面产生点蚀的根源。通过微动磨损、汽蚀相互作用时将对材料表面产生比单个损伤机理作用时严重得多得损伤。3）主蒸汽管系和阀门的振动试验和分析采用固定式高温加速度传感器安装固定在主蒸汽管道、隔离阀和安全阀等重要部位上，在100功率运行工况、隔离阀90开度试验以及升功率等工况条件下进行实时记录
28、和测量，用专用的信号分析仪进行时程后频谱分析。找出其振动信号的规律后内在联系，从而可估计出管系的振动源。4）隔离阀阀体内三维流场分析采用大型流体动力学（CFD）分析软件 FLUENT分析软件对主蒸汽隔离阀阀体内进行正常稳态运行下的三维流场温度场的仿真分析，得到内部的流速、压力、温度和湍动能在各断面上的分布，为估计出阀门内引起振动的原因提供直接的依据。5）综合分析通过对上述各种分析结果进行综合分析，找到振动频率、流速等参数之间的关系，从中发现振动过大的原因，并提出改进方案。1. 4 本章小结本章介绍了秦山二期主蒸汽隔离阀振动噪音及其损伤的情况，同时对于国内外目前该问题的研究情况进行了介绍。最后提
29、出了通过分析和试验方法对问题进行研究的方案。10上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍2. 1 核电站主蒸汽隔离阀结构主蒸汽隔离阀（MSIV）位于安全壳外，用于压水堆核电厂二回路主蒸汽系统，是一个极其关键的阀门，其包括 MSIV和 MSIV的旁路阀。当安全壳内或 MSIV下游的蒸汽管道破裂时，MSIV能限制失控的蒸汽释放，使其不超过一台蒸汽发生器的水容量。MSIV的旁路阀能在MSIV开启前平衡其前后的压差，并对MSIV的下游管线进行暖管。在稳态运行工况下，MSIV是处于开启状态，MSIV的旁路阀处于关闭隔离状态。在所有
30、预计的正常或事故工况（蒸汽管线破裂）下，MSIV及其旁路阀在接到隔离信号后，能在5秒内自动快速关闭。从秦山一期、秦山二期、巴基斯坦恰希玛、大亚湾几个核电站所采用的主蒸汽隔离阀全部是从国外进口的，其主要的型式有：1)秦山一期核电站的 MSIV（是由瑞士 SULZER公司进口）结构型式是活塞式自身介质操作的 Y型截止阀（直流式），其利用 MSIV上的三个电磁阀来控制主蒸汽管道本身的蒸汽，导入或排出MSIV活塞上、下腔的蒸汽，以达到快开和快关MSIV的目的。2)巴基斯坦恰希玛核电站一期的MSIV（其是由西班牙WWP公司提供的）是采用平行双闸板闸阀的结构型式，双闸板设计的独特之处是具有二个独立的安放闸
31、板的耳轴，其在阀门关闭过程中允许闸板有少许转动。这种可旋转的特点使阀门在每次关闭后的不同位置上能确保阀座的可靠密封。两闸板间设计成楔式连接，其可将阀杆的推力传递到每个闸板上，使阀门在低压差或零压差下能提供双向密封。MSIV的驱动方式是采用液压装置，此液压装置由液压泵、4个氮气瓶和氮气贮罐、液压缸、活塞、液压系统等组成，氮气瓶和贮罐中装的氮气起到不会失效的关闭弹簧的作用，以保证阀门在接到主蒸汽管系隔离信号后，在5秒钟内快速关闭MSIV，从而达到主蒸汽管系快速隔离的目的。3)大亚湾核电站的 MSIV（是由法国 ROCKWELL公司提供的）其结构型式为“对称楔式”双闸板闸阀，其执行机构由一个与氮气罐
32、相连接的液压缸制成，贮罐中装的氮气用作11上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍4)不会失效的关闭弹簧，以实现快速关闭的功能。其执行机构还设有一套油压气动泵的液压系统，它提供足够的能量以克服氮气压力，从而开启阀门。秦山二期用的MSIV（是从英国HOPKINSONS公司进口的）是采用平行双闸板闸阀的结构型式，在两闸板间设有弹簧，此弹簧是使闸板保持与阀座面相接触，从而获得可靠的阀座密封。MSIV的驱动方式也是采用液压装置，此液压装置由液压泵、氮气贮罐、油压缸、活塞、液压系统等组件组成，贮罐中装的氮气起到不会失效的关闭弹簧的作用，以保证阀门在接到主蒸汽管系隔离信号后，
33、在 5秒钟内快速关闭，从而达到主蒸汽管系快速隔离的目的。另外还有采用止回阀及球阀等形式的主蒸汽隔离阀。2. 2 秦山二期主蒸汽隔离阀功能秦山核电二期工程VVP系统设计为每个反应堆2个主蒸汽回路，每个回路1台主蒸汽隔离阀，每台阀门带2个控制盘（A盘、B盘）， 2个反应堆总计4台阀门。图 2- 1 1 号 机组 I 环 主 蒸汽 管线 布置 图Fi g2- 1 ar r angement of Mai n st eam l i ne I uni t 1从安全壳机械贯穿件至W厂房的主蒸汽管线上平行安装7个安全阀和1个主蒸汽隔离12上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍
34、阀（图 21），安全阀与隔离阀均焊接在主蒸汽管线上。主蒸汽管到一端与安全壳贯穿件相连接，在隔离阀出口管下游装有横向限制件与厂房墙体相连。整个管系轴线方向无约束，可允许自由热膨胀。安全阀排气管上均有支撑限位。主蒸汽隔离阀的功能是:在主蒸汽管道或主给水管道破裂后防止失控的蒸汽喷放量不超过1台蒸汽发生器的储水量，以维持反应堆冷却剂和安全壳压力升高在可接受的范围内。因此，在安全壳内或安全壳外的任何位置的蒸汽管线或给水管线部分发生破裂后，主蒸汽隔离阀必须能够在接到快速关闭信号时5秒钟内迅速截断任一方向的蒸汽流。另外，当反应堆处于热停堆状态时，主蒸汽隔离阀还用来将汽轮机侧的部分主蒸汽管道从核蒸汽供应系统隔
35、离开，以进行下游设备的检修24 25 26 27。2. 3 秦山二期主蒸汽隔离阀设备描述秦山核电二期工程用的主蒸汽隔离阀是采用平行双闸板阀的结构型式，如图22示，两闸板间设有弹簧，此弹簧是使闸板保持与阀座面相接触，从而获得可靠的阀座密封；驱动方式是采用液压装置，此液压装置由一个与氮气贮罐相连接的液压缸制成，贮罐中装的氮气起到不会失效的关闭弹簧的作用，以保证阀门在接到主蒸汽管系需要隔离的信号后，在 5秒钟内达到快速隔离主蒸汽的目的。主蒸汽隔离阀为核二级设备，A抗震类，即在地震发生时仍可以保持其功能。13上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍图2-2秦山二期主蒸汽隔
36、离阀结构图Fig2-2 assembly drawing of MSIV in Qinshan II14上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍图 2-3阀门示意图Fig2-3 Sketch of MSIV15上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍图2-4主蒸汽隔离阀阀座Fig2-4 seat of MSIV阀门由阀门本体和执行机构两大部分组成。阀门部分主要由阀体、阀盖、阀座、闸板、阀杆闸板导向、支架、填料等组成，如图22。执行机构部分由液压装置、储气罐及限位开关等组成。在电厂正常运行时，阀门全开，闸板的位置是在阀座的上方，闸板间弹
37、簧将闸板面贴在导向条上。事故时，闸板落下阀门关闭。闸板的上下位置是由安装在阀门支架上的上下两个限位开关触发控制。阀门闸板、导向装置及阀座见图24。为了减小阀门的尺寸和重量，阀座缩口处的内径小于主蒸汽管的内径，这种设计会造成主蒸汽流速大大增加。主蒸汽隔离阀的主要尺寸参数如表 2-1所示，主要材料牌号见 2-2，主蒸汽管道蒸汽参数及计算流速如表 2-3所示，主蒸汽隔离阀主要设计参数如表 2-4，主蒸汽主要参数如表2-5所示。16上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍表2-1秦山二期主蒸汽隔离阀主要尺寸参数：名称 参数总高度（管中心标）进出口管之间的距离进出口管外径进
38、出口管内径密封面内径（最小缩径）密封面外径3653mm1626mm813mm739mm465mm571mm685mm9000KG阀座上部三通内径总重量表2-2主蒸汽隔离阀主要材料牌号名称 材料牌号SA216WCBA564 GR630阀体与阀盖阀杆阀座（密封面）闸板A216WCB（H/F表面）渗氮处理SA516GR70接触表面用激光熔化堆焊司太立合金约3mm，表面研磨。闸板导向条阀体螺栓A515 GR70（接触表面渗氮处理）SA913 GRB7表2-3主蒸汽管道蒸汽参数及计算流速机组 功率% 流 量压力MPa 温度 密 度管道平缩径处平均流速均流速T/hr Kg/m3m/s （m/s）1 50
39、894 6.8 286 36.06 16.05 40.5517上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍70 1275 6.476.756.896.816.456.766.8928628628628628628628633.7535.4635.4636.0633.7835.4635.4624.4531.4931.4916.1424.361.7979.548797 17242035899100502 40.7861.479.348770 12671720203597 31.4100 31.4表2-4主蒸汽隔离阀主要设计参数：名称 参数设计压力 8.6 MPa（a）31
40、6设计温度设计流量 2035 T/hr0.034MPa阀门最大压降表2-5主蒸汽主要参数PH 阳导率 NH3（ppm） N2H4（ppb） Na+（ppb） Fe+（ppb） Si032-s/cm （ppb）9.69 0.22 2.5 10.0 0.20 1.2 102. 4 大亚湾主蒸汽隔离阀的噪音及振动问题秦山二期核电站是根据大亚湾核电站 900MWe的三回路设计砍掉一个回路变成600MWe，主蒸汽回路的参数与大亚湾核电站基本一致。因此大亚湾核电站该阀门的运行情况将对我们解决秦山二期该阀门的问题具有实际的指导意义。2002年 6月年我与有关人员赴大亚湾核电站对该厂的主蒸汽隔离阀运行情况进行
41、调研。如图 25，大亚湾核电站的主蒸汽隔离阀是法国 ROCKWELL公司生产的楔形闸阀。大18上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍亚湾核电站的主蒸汽隔离阀在 2001年 9月底巡检时发现 1号堆的 1VVP001VV振动噪音与其它主蒸汽隔离阀相比偏大，为此1号堆的1VVP001VV阀门的振动噪音问题引起了大亚湾核电站的广泛关注，振动测量结果见表 2-6。同时 1号堆的 1VVP002/003VV和 2号堆的 3台主蒸汽隔离阀上也存在同样的问题，但没有1号堆的1VVP001VV的问题严重。对于1号堆的1VVP001VV阀门异常振动和噪音问题，大亚湾核电站召开了专
42、题会议进行研究，研究后认为大亚湾核电站VVP系统的主蒸汽隔离阀振动与噪音现象，是由于管道内强大的气流引起阀门的内部构件振动引起的，长期以来一直存在。在大亚湾核电厂及法国的一些电厂也曾发现过与秦山类似的缺陷。大亚湾核电厂108大修期间曾发现主蒸汽隔离阀1VVP001VV闸板上有超过3mm深的裂纹，解决措施是更换闸板。表2-6大亚湾核电站蒸汽安全阀振动测量单位mm/s1VVP001VV 1VVP002VV 1VVP002VV水平方向 垂直方向 水平方向 垂直方向 水平方向 垂直方向阀杆阀体5.25 2.0852.517 2.062（ 4.96.9波动）2.812 1.589 1.38 1.121
43、1.091.546 0.83通过对大亚湾核电站的主蒸汽隔离阀运行状况的了解，大亚湾核电站使用的主蒸汽隔离阀和秦山核电二期工程使用的主蒸汽隔离阀有类似的地方，也有差别。大亚湾核电站使用的主蒸汽隔离阀是法国 ROCKWELL公司采用美国技术制造的楔形双闸板闸阀，而秦山核电二期工程使用的主蒸汽隔离阀是英国 HOPKINSONS公司承制的平行双闸板闸阀；大亚湾核电站使用的主蒸汽隔离阀的自重为 7300kg，而秦山核电二期工程使用的主蒸汽隔离阀自重有 9000kg。在大亚湾核电站，对主蒸汽隔离阀的噪音进行了测量，并将测量结果与秦山核电二期工程1号堆的主蒸汽隔离阀的噪音水平进行比较，发现阀门的噪音水平基本
44、相当或稍高。19上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍图2-5大亚湾核电站主蒸汽隔离阀结构Fig2-5 MSIV in Daya Bay表2-7大亚湾主蒸汽隔离阀主要参数:名称 参数KASSSBO 800CG284阀门型号运行温度运行压力阀门喉径公称直径总重量68.9bar abs482.68007300Kg20上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍蒸汽流量阀杆行程2035t/hr521mm2. 5 秦山二期主蒸汽隔离阀存在的噪音和振动问题2002年4月15日秦山核电二期工程1号堆主蒸汽隔离阀在投入运行后发现，当反应堆功率大于70
45、额定功率时，随着蒸汽流量的增加，阀门产生较大的噪音和振动。经对主蒸汽隔离阀 1VVP001/002VV进行测量，噪声峰值达 103dB，阀门阀杆振动的振幅峰值近450m。2003年4月在101大修时对1VVP002VV阀门进行了解体检查，发现主蒸汽隔离阀两块进出口闸板上方边角处有严重损伤，深度超过 1mm。在以后历次的主蒸汽隔离阀的解体检修中，在上下游闸板上和其导向板接触部位均发现这种类似锤击缺陷的存在，如图 26、27、28。从短期看此类缺陷虽然不会对阀门功能造成影响，但每次均需对缺陷部位进行研磨处理（单面研磨量一般在0.30.4mm，缺陷最深约在1mm，闸板的堆焊硬质合金层厚度为 2.53
46、mm）。频繁和较大的研磨量又会促进磨损的发展，严重影响闸板的使用寿命，因为闸板和阀座的最大研磨量约为 1mm，超过此限值后则需要更换闸板、堆焊或更换阀座。图2-6闸板上部磨损情况Fig2-6 erosion of valve disk21上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍图2-7上游入口侧闸板磨损情况Fig2-7 corrosion of the disk inlet side图2-8下游出口侧闸板磨损情况Fig2-8 corrosion of the disk outlet side22上海交通大学工程硕士论文 第二章秦山二期主蒸汽隔离阀振动及噪音情况介绍图2-9阀座及导向条Fig2-9 valve seat and the guide2. 6 主蒸汽安全阀振动及磨损情况在主蒸汽隔离阀旁边的主蒸汽安全阀也存在严重的振动及阀内件损伤，因此有必要对安全阀的情况进行介绍。主蒸汽安全阀是由法国SAPAG公司设计、制造的。每个主蒸汽环路上安装7台主蒸汽安全阀，包括3台加能助动式和4台弹簧式安全阀，阀门通过排气管排入大气。正常运行时，主蒸汽压力保持正常，上部结构的弹簧大约用 10吨预紧力通过阀杆将阀瓣紧压在喷嘴上。当主蒸汽一旦超压达到整定值，蒸汽压力将阀瓣顶起，阀瓣迅速脱离喷嘴环，使蒸汽通过出口喷入排气管，蒸汽排入大气。23
