核电阀门国产化探讨

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40～60年的正常运行中，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Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、非核安全级。

其中核安全Ⅰ级要求最高。

核安全级阀门的产品规格DN3～DN1200；压力等级0.1～42MPa；温度范围-25℃～350℃；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表6：CPR1000核岛阀门按口径分类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。

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：①阀杆泄漏；②阀座泄漏；③执行机构选配过大和关闭力矩过高引起的密封面损坏；④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、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。

①. 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（阀体的形状设计，规定在ASME标准中）。

国外，填料一般采用多重密封结构、Ω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-Ⅱ-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、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LOCA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：EJ／T1022．1-18-1996《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-II《ASME锅炉和压力容器规程第2节:材料》;ASME BPV-III《ASME锅炉和压力容器规程第3节:核设施元部件制造规则》；ASME BPV-V《ASME锅炉和压力容器规程第5节:无损检验》；ASME BPV-IX《ASME锅炉和压力容器规则第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》；ANSI／IEEE344-1987核电站1E级设备抗地震鉴定的推荐规程》；ANSI／IEEE382-1996《核电站电力操作阀组调节器安全相关性能的质量鉴定》；ANSI／IEEE1290—1996《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》；RCC—M《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：国内在建核电机组表8：国内拟建核电机组*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Ⅰ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Ⅱ、Ⅲ级阀门。

目前，具备生产核Ⅰ级阀门企业，核Ⅰ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Ⅰ级阀门供货合同，但尚未真正开始供货)。

目前，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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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Ⅰ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。