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核电阀门国产化探讨.doc

上传人:tkhy51908 文档编号:7305004 上传时间:2019-05-14 格式:DOC 页数:10 大小:214KB
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1、核电阀门国产化探讨摘 要:简要介绍了核电阀门的基本情况和技术特点,目前我国核电阀门的国产化现状与国产化基本目标,核电阀门国产化存在的不足以及尽快 实现核电阀门 国产化的建议措施。关键词: 核电阀门,核级,国产化,措施一、 核电站阀门的基本情况和主要技术要求1 核电站阀门的基本情况核电阀门是指在核电站中核岛(NI) 、常规岛(CI)和核电站辅助设施(BOP)系统中使用的阀门。核电阀门是核电站中使用数量较多的介质输送控制设备,它连接整个核电站的众多系统,具有截止、调节、导流、防逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。它是核电站安全运行必不可少的组成部分,是核电站可靠运行的保障。在核电站 4060 年的正

2、常运行中,阀门是需要维修的主要设备,其维修费用一般占核电站维修总额的 50%以上。核电阀门从安全级别上分为核安全级、级、级、非核安全级。其中核安全级要求最高。核安全级阀门的产品规格 DN3DN1200;压力等级 0.142MPa;温度范围-25350;阀门材质 304、304L、316、316L、低合金钢、碳钢;质保等级 QA1、QA2、QA3、NC(HAF003);抗震等级 SC1、SC2、NSC(HAF003);以红沿河 CPR1000和三门 AP1000为例,CPR1000 两套(台)机组有阀门约 29000台,AP1000有阀门约 22000台,其投资费用约占设备总投资的 5%6%。在

3、核岛、常规岛及电站辅助设施(BOP)中的阀门的分配如表 1所示:表 1:核电站阀门的分配核岛 NI 常规岛 CI BOP系统台 比例 台 比例 台 比例AP1000 7500 35.5% 11200 50.9% 3300 13.6%CPR1000 12700 43.8% 12800 44.5% 3400 11.7%核岛阀门按照核安全等级划分见表 2所示:表 2:核岛阀门安全级别分配安全级 安全级 安全级 非安全级核安全级别台 比例 台 比例 台 比例 台 比例AP1000 104 1.4% 252 3.4% 842 11.2% 6302 84%CPR1000 268 2.1% 3913 30.

4、8% 2907 22.9% 5612 44.2%核岛阀门按照驱动方式划分见表 3所示表 3:核岛阀门驱动方式分配气动 手动 电动 自动 水压驱动 电磁驱动 爆破驱动驱动方式台 比例 台 比例 台 比例 台 比例 台 比例 台 比例 台 比例AP1000 378 5.0% 6740 90% 120 1.6% 720 9.6% 24 0.3% 104 1.4% 24 0.3%CPR1000 630 4.9% 10600 83.4% 340 2.7% 1390 10.8% 10 0.1% 16 0.1% 0 0核岛阀门按照阀门类型分类见表 4所示表 4:核岛阀门按阀门类型分配类型 闸阀 蝶阀 截止阀

5、 隔膜阀 球阀 止回阀 安全阀 调节阀 其它阀AP1000(比例) 4.3% 7.5% 28.6% 22.4% 19.7 6.8% 3.2% 4.5% 3.0%CPR1000(比例) 4.2% 5.2% 35.0% 26.2% 13.3% 7.3% 2.6% 4.7% 1.5%核岛阀门按照阀门口径分类见表 5、表 6所示表 5:AP1000 核岛阀门按口径分类口径 /mm 8 10 15 20 25 50 65 80 100 150数量 /台 38 212 260 85 1671 454 91 228 147 130比例(%) 1.01 5.65 6.93 2.27 44.56 12.11 2

6、.43 6.08 3.92 3.47口径 /mm 200 250 300 350 400 500 500 900 其他数量 /台 110 34 27 12 16 18 6 2 209比例(%) 2.93 0.91 0.72 0.32 0.43 0.48 0.16 0.05 5.57表 6:CPR1000 核岛阀门按口径分类口径 /mm 8 10 15 20 25 40 50 65 80 100 150 200数量/台 1279 104 3667 2273 1000 720 1244 110 660 384 272 150比例(%) 10.1 0.82 28.9 17.9 7.87 5.67 9

7、.80 0.87 5.20 3.02 2.14 1.18口径 /mm 250 300 350 400 450 500 600 700 750 800 1200数量/台 167 87 72 42 4 40 32 24 16 6 8比例(%) 1.31 0.69 0.57 0.33 0.03 0.31 0.25 0.19 0.13 0.05 0.062 核电阀门的技术要求1) 工作条件核电阀门工况环境错综复杂,输送介质的放射性和温度、压力等级等要求非常苛刻。核电阀门输送的介质主要为:饱和蒸汽、冷凝水、放射性水蒸汽重水、辐照腐蚀物、放射性介质、稀硫酸和碱液、二氧化碳、钠、氦、油、真空等各种流体介质。

8、一回路上的大通径阀门工作条件最为复杂,现阶段普通压水堆的蒸汽参数比火电厂的蒸汽参数(压力 22.5MPa、温度 565)略底,但核电厂的其他运行条件却复杂得多。而且四代机组(高温气冷堆)核电站的相关参数比火电厂还要高一些(汽轮机前的蒸汽温度为 600,压力为 14.0MPa) 。2) 核电阀门常见故障类型在核电站系统中运行的阀门,最常见的故障类型有如下四种:阀杆泄漏;阀座泄漏;执行机构选配过大和关闭力矩过高引起的密封面损坏;外泄漏。3) 核电阀门技术要求根据核电阀门运行的实际工况,核电阀门其技术特点和要求比火电阀门更高。核电阀门的技术要求除了阀门常规的技术要求外,还要着重考虑介质中杂质的污染、

9、环境温度、运行温度、环境湿度、放射性、直流电源及电压波动、有关地震和振动条件下稳定性的技术要求、安全等级等等。. 核电阀门的设计(主要核安全级阀门)a) 强度设计核电阀门设计中,强度计算是必不可少的。除常规的强度计算、有限元分析和抗震计算分析外,对核安全 1级的阀门,还要求进行:一次薄膜应力的极限计算、一次薄膜应力弯曲应力的极限计算、与回路启停循环有关的一次加二次应力变化幅度的极限计算、除回路中启停工况以外的一次加二次应力的变化幅度极限计算、疲劳性能分析。b) 结构设计由于核电系统输送介质大多带有放射性,不允许有任何泄漏,故结构设计中阀门的填料、波纹管、阀座的密封结构设计尤为重要(阀体的形状设

10、计,规定在 ASME标准中)。国外,填料一般采用多重密封结构、 环密封结构和填料层之间夹碟簧的填料箱密封结构。波纹管一般采用组合波纹管密封结构。对重要的高压阀门,阀座采用锻造结构。此外,阀体与管道的连接采用对接或承插焊接结构。c) 核电阀门的材料核电阀门的材料必须具有良好的耐腐蚀、抗辐照、抗冲击和抗晶间腐蚀。一般情况下: 承压零件材料要求满足 ASME锅炉压力容器篇章(BPVC-D-1)材料要求; 阀杆和承压螺栓通常采用沉淀硬化钢制造; 填料多用石墨纤维、纯石棉或膨胀石墨。d) 核电阀门驱动装置核电阀门驱动装置的性能和质量非常重要和关键,必须具有安全操作的可靠性,同时,应能承受温度、压力、湿度

11、、辐照、地震破坏、化学污染及所供电源变化的最大值,而且必须在发生失水故障(LOCA)的情况下,仍能在规定的期限内工作(一般标准为 14天)。此外,除了驱动装置的电动部件要求用 O形密封圈将其与外部环境密封隔离之外,驱动装置的设计者还应考虑核电工况用高压阀门的快速操作问题(一般标准,CL1500 等级的 14以下的阀门,其快速操作时间为 10秒)。e) 核电阀门的试验与检验 核电阀门需进行常规的水压试验壳体试验、阀瓣强度试验、上密封试验、阀座密封试验、填料密封试验; 对带有执行机构,如电动、气动阀进行抗震试验; 对所有操作形式的阀门进行静压寿命试验; 对一回路的重要阀门还必须经过冷态、热态和 L

12、OCA事故(即失水事故)的试验。(美国的 ASME、日本的 JEM等标准,对上述试验及检验作了详细描述,并提供了评定标准。)4) 核电阀门技术要求目前我国使用的核电阀门相关标准主要有:EJT10221-18-1996压水堆核电厂阀门系列;HAF003核电厂质量保证安全规定;ASME QME-1-2002核电站现行设备的质量要求;ASME BPV-IIASME 锅炉和压力容器规程第 2节:材料;ASME BPV-IIIASME 锅炉和压力容器规程第 3节:核设施元部件制造规则;ASME BPV-VASME 锅炉和压力容器规程第 5节:无损检验;ASME BPV-IXASME 锅炉和压力容器规则第

13、 9节:焊接和钎焊评定;ANSI B16.41核电厂动力操作能动阀门鉴定要求;ANSI/IEEE323-1984核电站 1E级设备的质量鉴定;ANSIIEEE344-1987 核电站 1E级设备抗地震鉴定的推荐规程;ANSIIEEE382-1996核电站电力操作阀组调节器安全相关性能的质量鉴定;ANSIIEEE12901996核电站中电动阀门(M0V)的电动机使用,保护,控制和试验的指南;RCCM法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则。二、 核电阀门发展趋势和阀门制造业的基本现状1 核电阀门发展趋势随着第三代反应堆技术的日趋成熟以及第四代反应堆的研究开发,核电技术都朝着大机组、高参数和新堆型的方

14、向发展,今后建设的核电站中,机组容量的发展方向大机组、大容量,目前国内主要在建机组基本都在 100万千瓦以上,最大 165万千瓦,参见表 7:国内在建核电机组。国家已同意进行前期准备的核电机组都在在 100万千瓦以上,表 8:国内拟建核电项目;同时核电机组寿命也由 40年向 60年过渡;表 7:国内在建核电机组核电站 红沿河 海阳 三门 阳江 宁德 福清 方家山机 组容量(万kW) 4108 2125 2125 6X108 4108 6X105 2105机组类型 CPR1000 AP1000 CPR1000 CPR1000 CPR1000 CNP1000 CNP1000核电站 岭澳 2期 台山

15、 防城港 昌江 秦山二扩机组容量(万kW) 2x105 2165 2108 265 265机组类型 CPR1000 EPR1500 CPR1000 CNP600 CNP600表 8:国内拟建核电机组核电站 红 沿河2 期 海阳 2期 三门 2 期 田湾 2 期 田湾 3期 石岛湾 葫芦岛机组容量(万 kW) 2108 2125 2125 2X106 2105 2X150 2105*机组类型 CPR1000 AP1000 AP1000 WWER1000 CNP1000 CAP1400 CNP1000*核电站 江西彭泽 湖南桃 花江 湖北大板机组容量(万 kW) 2125 2125 2125机组类

16、型 AP1000 AP1000 AP1000*备注:葫芦岛机型用 AP1000 或 CNP1000 待定核电堆型向大型化、高参数、高性能方向发展,其可靠性、安全性的要求将越来越高。作为核电站系统安全保障的关键设备核电阀门,必须适应这种发展趋势。核电阀门,由于其使用工况特殊、复杂、恶劣,加之量大面广,故其要求相对较高。为满足这种发展趋势,远端自动控制、高可靠性、长寿命的阀门是今后核电阀门研制和开发基本方向。2 国内核电阀门水平与现状国内目前已有 22个企业获得了国家核安全局颁发的民用核承压设备设计和生产资格许可证,可以设计、生产核安全级阀门。可以设计、生产阀门的种类主要有闸阀、截止阀、止回阀、球

17、阀、蝶阀、弹簧式安全阀、调节阀、节流阀、隔膜阀、波纹管截止阀等。其中沈阳盛世、中核苏阀、大高、上阀、上海良工、江苏神通等六家阀门企业具备设计生产核级阀门。这 22个企业中,主要有中核苏阀、上阀、上海良工、苏高等阀门厂家在运行的核电站具有核电站阀门供货业绩,且主要是非核安全级的普通阀门和数量不多的核安全、级阀门。目前,具备生产核级阀门企业,核级阀门产品比较单一,比如:中核苏阀的安全喷淋阀,江苏神通的小口径的电动闸阀、截止阀,大连大高的电动波纹管截止阀等;没有供货经验(江苏神通、中核苏阀和大连大高在 08年和红沿河核电、方家山核电、福清核电等签署了少量核级阀门供货合同,但尚未真正开始供货)。目前,

18、运行的核电站中,除秦山一期、二期使用部分国产阀门外,其它核岛和常规岛所用阀门几乎全部进口。3 国外主要核电阀门制造企业加拿大威兰(VELAN)公司,该公司已向 27个国家的 300多座核电站提供过核、级阀门,包括我国的秦山一、二、三期。VELAN 作为世界上在核电阀门行业的一个大公司,已经有几十年在核电站应用的经验。美国 TYCO集团具有高端核电阀门的生产能力和实际应用经验,已经在超过 87个核电站上有过业绩,我国运行和在建的核电站几乎都采用过其生产的阀门,其中包含在建的三门、海阳、桃花江、昌江等核电站;美国 FLOWSERVE阀门公司,为 AP1000机组提供了主蒸汽隔离阀。在高端核电阀门的

19、设计制造上都具有很丰富的经验。英国威尔(WEIR)阀门和控制有限公司,是世界上六大泵类制造商之一,为许多核电站提供在高端关键阀门,包括我国的秦山二期的主蒸汽隔离阀和岭澳一期部分阀门;美国 Fisher控制公司,以研制和生产控制阀著称,在各国核电站中广泛采用其生产的先导调节阀、笼式调节阀、球形调节阀、减压阀等各类控制阀门,调节压力或流量平稳、噪音小、执行机构动作灵敏;其他还有德国 KSB公司、法国的万纳托公司、美国洛克威尔国际公司、英国Hatterley Heaton公司等4 国内核电阀门行业存在的差距和不足我国核电阀门的设计、生产和实验已经具有一定的基础,取得了一定的成绩,发展前景看好。但在以

20、下几个方面与国际水平仍有较大差距:(1) 设计能力不足,阀门种类不齐全,配套阀门档次不高国内的设计水平与科技发达国家有差距,特是主蒸汽隔离阀、大口径安全阀、抗地震控制阀等技术含量高的核电阀门仍未取得重大突破。只有少数厂家较完整地掌握了核电阀门的应力计算和抗震分析、核级阀门的疲劳分析、以及抗冲击分析、抗爆波分析必须委托设计院或高校进行抗震分析,在一定程度制约了企业的研发能力;(2)重要的配套装置自动化程度低,可靠性差。对于核电站用阀门来说,在事故状态下动作的及时准确非常重要,如主蒸气隔离阀按要求打开的时间仅为几秒钟,如果出现动作不及时或误操作都将带来严重的后果。因此,阀门驱动装置的性能和质量非常

21、重要。而我国阀门配套用电动执行机构控制水平低,仍然停留在国外 20世纪七八十年代的水平,与国外先进水平差距较大。通用执行机构的控制精度不高,动作不灵敏,与国外同类产品相比还有一定差距。(3)制造设备与工艺流程无法满足核电阀门制造要求核安全级阀门对阀体的锻件和铸钢件的化学成分含量、均匀度要求非常严格,不允许有夹渣、气孔存在。国内钢厂在铸造工艺和基础机械加工上还存在欠缺;大部分厂家机加工技术不能满足要求,产品制造精度偏低,生产的阀门不能满足核电装备的运行需求。辅助制造技术,大型铸造技术,如主蒸汽隔离阀的阀体的铸造;大型锻造技术,国外的核电阀门大量地采用锻造结构,且采用模锻的形式,国内尚未应用;焊接

22、技术,特别是无钴焊接技术和真空钎焊技术等,国外已经很成熟,但国内阀门行业还在研究阶段。(4)试验技术和试验手段尚在研发之中我国核电设备的国家标准尚不完全,核电产业开发时间较短,许多试验技术和试验手段尚在研发之中,许多试验条件和试验台架尚不具备,同时目前积累的试验数据和应用数据无法保证阀门试验、检验工作的正常开展。如主蒸汽隔离阀的模拟上、下游管道破裂时的流体阻断性能试验,稳压器安全阀的排量试验等,国内试验台架尚在开发之中,无法进行上述试验,而这些试验是验证阀门可靠性的必要手段。三、 核电阀门国产化的目标和建议措施1 国产化的目标2代+核电,依托近期要建设的核电站工程项目,实现非核安全级和核级阀门

23、全部国产化,核级阀门国产化率达到 80,核级阀门达到 70。AP1000经过依托项目四台机组,核、级阀门国产化率达到 60以上,其他阀门全部国产化;2 技术措施(1)以我为主,自主研发和技术引进相结合,同时加强与国外核电阀门企业的合作。核、级(25001b 以下)、部分核级的阀门以自主研发为主;其他核电站的关键阀门(如主蒸汽隔离阀、比例喷雾阀等),采取自主研发、部分与国外合作,包括技术引进、合作生产、采购配套等方式。充分利用国外核电阀门企业的先进的技术、资金及管理等优势,提升自身的技术实力和管理水平,完善测试手段和检验方法,最终实现在我国核电阀门领域国产化的目标。以在建的核电工程项目为依托,分

24、步骤、有选择地进行国产化。通过科研攻关和技术改造,完成核安全级阀门及核电站关键阀门电动装置、阀门配套用密封件和波纹管,以及核级手动阀门的国产化,最终实现核电阀门国产化目标。(2)完善我国的核电阀门的技术标准和规范,提升阀门实验、鉴定水平。将现有的 EJ、GB、按 ASME、RCC-M 标准进行补充完善,尽快制定符合国情的中国核电阀门标准和规范,以促进国内核电阀门在设计、选材制造、检验等各个环节国产化进程。整合中国阀门行业核电阀门的实验、检测和鉴定的设备和能力,资源共享,避免重复投资重复建设,加快核电阀门的研制速度。(3)阀门企业加大核电阀门人才培养,提高阀门设计和制造能力和水平。加强核电人才培

25、养和引进核电技术的消化吸收,提高核电阀门的设计能力和水平,增加阀门设计软件和硬件投资,保证阀门设计、制造手段先进,确保阀门零部件加工和整机装配质量可靠。强化焊接、无损检测、热处理等特种工艺人员的培训考核。研究和采用先进的工艺技术,使零部件制造质量达到设计图样和标准规范的要求。(4)进行核安全意识方面的职工教育和培训,加强核电阀门的设计、制造全过程的质量管理,提高管理水平。3 政策措施(1)制订了核电设备主设备(核电阀门)发展规划,将核电阀门技术攻关项目列入国家重大技术装备攻关计划,并重点在预算内给予资金支持,重点扶持几家有条件的企业进行科研开发和必要的技术改造,避免重复建设;(2)国家制定专项

26、政策,用户积极配合,突破首台首套的业绩门槛;对部分国内尚不能完全掌握技术的产品,坚持技贸结合,引进关键技术,合作制造,分阶段实现国产化,国家在研发资金上给予资金上的政策倾斜;(3)建设国家级的核电阀门试验基地。阀门产品的试验检验是高端阀门可靠性保证的基本条件。我国核电阀门在在试验检验方面仍比较薄弱,国内阀门企业受资金投入限制以及技术基础薄弱,人才储备不足以及政策变换等等影响,目前尚不具备组建和筹建高端阀门试验研究的试验设备和试验台架,国家建立国家级的核电阀门试验基地,可确保核电大发展,阀门国产化的研发、试验需要。四、 结束语根据国家核电中长期发展规划(20052020 年) (调整版) 以及“十二五”规划纲要要求,2020 年我国核电装机容量达到 5%以上,约 8000万千瓦,2030 年核电装机容量达到 10%,约 1.5亿千瓦。核电阀门国产化是国家核电产业自主化和国产化重要内容之一。核电阀门是核电站安全运行必不可少的组成部分,是核电站可靠运行的保障;核电阀门国产化对国家核电战略目标实现以及确保国家能源安全稳定具有重大意义。机不可失,失不再来,我们必须借助于中国核电大发展的机遇,积极推进我国核电阀门产业的国产化和自主化,提高我国核阀产业的竞争能力,实现我国核电产业的平稳、健康、有序地发展,推动我国核工业与世界核电产业接轨,优化我国能源结构,实现我国能源安全供应的战略目标。

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