核级阀门国产化存在的设计问题及改进浅析

核级阀门国产化存在的设计问题及改进浅析

发表时间：2019-09-03T16:15:53.213Z 来源：《河南电力》2019年1期作者：官金塔[导读] 对一种重要的核级截止阀和止回阀在设计上存在的问题，提出解决的措施，并对核级阀门在国产化过程中，在设计上对维修可达性的考虑不足提出建议。

（江苏核电有限公司维修二处江苏连云港 222000）摘要：对一种重要的核级截止阀和止回阀在设计上存在的问题，提出解决的措施，并对核级阀门在国产化过程中，在设计上对维修可达性的考虑不足提出建议。关键词：核级阀门；设计不足；截止阀；止回阀；经验反馈 1 概述

随着我国核电的大力发展以及我国机械加工制造能力的提高，阀门的国产化是一种必然趋势，是核电站降本增效的内在要求。目前在M310、AP100以及VVER等机组中，很多核级阀门已进行国产化替代，国产阀在核电站有着更为广泛的应用，这对国产阀门既是一种利好，也是一种考验，核级阀门在设计、制造以及验收上有着更为严格的标准和要求，在实际应用中也起着重要的作用，其故障甚至关系机组的停机停堆和降功率。

目前大部分国产化核级阀门在实际应用中性能都较为优越，能满足其设计功能，在某些方面还优于国外核级阀门，如某核电站安全壳隔离阀在打压过程中发现多个国外产品泄漏不满足标准，而国内产品则全部合格。但我们也应看到，在核级阀门的设计、制造和维修可达性上，以及售后服务中与客户建立产品质量反馈机制上仍有一定的改进空间。本文通过一种核级截止阀和一种核级止回阀设计上存在的问题，以及后续改进优化过程存在的问题，对核级阀门国产化替代提出几点建议。

1.1 一种核级截止阀设计问题某核电站在机组安装阶段对一种国产核级截止阀安装前打压时发现，此类型截止阀打压时大部分发生内漏，然后将这种情况反馈给厂家，厂家针对泄漏情况进行分析，并对阀芯进行设计改进。

1.2 原始设计

一种核级截止阀原设计结构上通道型式包含Z字型和Y字型，见图1，阀门结构包含阀体、阀芯、阀杆-波纹管组件、阀盖、阀杆螺母、轴承等部件。阀芯与阀杆为T型槽连接，间隙较大；阀芯导向铸造在阀体上，三个互呈120°夹角的轨道状导向沿阀腔中心线圆周布置，厚度约10mm，见图2，剖面图A-A。

图2 阀芯在阀体中剖面图

图4 锥面阀芯蓝油接触试验效果照片

1.3 设计优化

在打压试验发现大量此类型截止阀内漏后厂家经过分析认为，打压试验的试验台为上下夹紧式，阀门处于类似水平安装状态，由于阀芯自重，导致阀门在关闭过程中阀芯与阀座的同轴度发生变化，使阀门关闭不严。发现问题后厂家采取积极措施，计划对垂直安装的阀门，对阀门阀芯密封面进行结构改进，由原来的锥面改为球面，见图5，改为球面的目的是，利用球面在各个方向上都具有相同形状和精度的特点，弥补阀芯偏斜产生的配合误差，形成连贯的线密封，保持阀门不内漏。

图5：阀芯结构图

1.4 存在问题

此类型核级截止阀在某电站两台机组“Y”型共约576台，“Z”型共约530台，为分别为核2级和核3级截止阀，分别安装于重要核岛中间用户冷却水系统、一回路冷却剂上充下泄系统、堆芯捕集器应急冷却系统、消防喷淋系统等，对于本次的改进可能基于两方面考虑：一是时间进度，包括改造时间和安装进度；二是成本控制，包括返厂重新设计制造成本，虽然改进取得了较大效果，但仍存在以下问题：（1）改进不彻底：A、本次改进只针对仍在工厂尚未发货的且在现场阀杆安装位置为水平的阀门，对于口径DN80以下的截止阀未进行改进；B、在实际运行过程中，Y型截止阀在做隔离边界时发现隔离不严，拆卸后未见密封面有可见缺陷，故判断原因仍是对中性能差造成内漏；C、针对现场已安装的阀门没有后续的改进计划，对持续发生的阀门内漏情况没有实际有效的应对措施；D、一些改为球面阀芯密封的阀门仍然存在内漏情况。

（2）未考虑维修可达性：A、阀芯密封面改为球面后增加了现场维修难度，对于一般核电站来说，并没有用于可以加工球面的专用工具，如需对阀芯圆弧面进行维修，有三种方式可选择：一是返厂维修；二是采购足够的阀芯备件以备更换；三是现场具有球面加工的数控车床。这无疑给阀门维修增加了成本和人力投入；B、对于阀芯的导向配合，一般采用基准尺寸相同，选择不同合适的轴孔公差，粗糙度在Ra3.2及以下，但该工厂的阀芯与导向的基准尺寸相差0.5mm，导向间隙过大，导向间隙过大可能产生异物进入而出现力矩报警、划伤磨损，以及阀门在水平安装位置出现的内漏，这是将锥面阀芯改为球面阀芯的最根本的原因。

图7 止回阀图纸 2.2 存在问题在安装阶段，为了管道冲洗打压，对止回阀进行抽芯，在冲洗打压完毕后将阀芯回装。在安装过程中发现这些小口径（≤DN50）止回阀两端均无设置固定支架，在对阀盖进行力矩紧固时，由于力矩较大，容易导致管道发生弯曲变形。

2.3 解决措施此类型止回阀供货共约200台，在运维手册中规定，密封垫片的使用年限是4年，即更换周期为4C/Y，对于每次维护均需对阀盖进行拆装。首先，通过螺纹拧紧压缩垫片进行密封，比提供垂直垫片表面的力来压缩垫片密封效果较差，然后对于小口径的止回阀，由于密封面积小，相同的密封比压所需的压紧力较大，所以阀盖的力矩也比较大，在拧紧的过程中，阀盖需要克服螺纹及垫片的摩擦力，以及压缩垫

片达到预定密封比压的压紧力的反作用力，按照设计图纸力矩，口径DN50，公称压力150Lb的止回阀体盖旋和扭矩为1060±10N.m，如果将此力矩传递至阀体，假设阀体前后各1米直管，那么作用在直管端部力约500kg，很容易将小口径管段扭弯。综上所述，阀盖在拧紧过程中将力矩传递至阀体，只需要将阀体或靠近阀体两端的直管段固定住，便可克服扳手拧紧阀盖产生的力，使垫片达到设计压缩量，从而保证介质不外漏。故需加工一种专用的工具将阀体两端固定住，通过一个F型扳手将阀体两端直管段固定，使在拧紧阀盖时产生一个反向扭力，方便了此类型止回阀的安装，现场使用效果较好，最终把所有的小口径止回阀阀芯均回装至阀体里，并且运行期间没有出现外漏情况。

3 改进建议 3.1 维修可达性改进一般为了满足关键设备的特殊功能需求，会设计一些特殊的阀门结构，在特殊结构设计时建议应同时考虑后续的维修可达性，并提供专用维修工具。国外大多阀门厂商在对阀门的设计上基本都考虑到维修的可达性，对于一般通用维修工具无法实现维修的，均考虑到并设计出专用的维修工具，方便买方对产品的使用和维护，如某国外大口径平行双闸板阀由于安装平行双闸板时，难以通过一般工具使闸板插入阀座，所以在供货时，随箱供专用的闸板夹具。对于关键敏感的阀门如稳压器安全阀、主蒸汽安全阀等一般也提供全套的研磨和试验工具。虽然本文涉及的核级截止阀是临时在结构上作出设计修改，且厂家售后服务表示厂家内部有圆弧面维修装置，能进行返厂维修，但由于量大工期紧，加上成本考虑，返厂维修对于核电站来说似乎不可行，因此对核电站的维修提出了更高的挑战。对于止回阀来说，从设计上应考虑垫片的更换和阀盖螺纹连接的可操作性，对于小口径止回阀建议将阀盖修改为螺栓连接。

3.2 建立客户经验反馈机制任何产品都不是完美的，在使用之中一般均会出现大大小小的问题，如果不进行及时的处理和经验反馈，就会使问题一直存在或重复出现，如这种类型核级截止阀在阀芯改进中还存在一批未返厂改进的阀门。目前对于国内阀门厂，在售后和客户经验反馈方面相对欠缺，所以有必要建立起一种良性的客户经验反馈机制，积累大量的来自客户运行维护第一手资料，实现最快速的产品升级改造和应用，要实现经验反馈流程的标准化、信息化管理，确保所有成果都留在企业管理的相关方面，而不会随人员和岗位的变化而流失。此外，还要建立适应的激励机制，对于已经采用的建议和意见，根据其对企业创造的价值或规避的风险，给与相关人员奖励。根据企业管理构架特点、业务领域、项目管理模式和员工素质等因素确定客户经验反馈管理的方针、目标，逐步形成适宜的经验反馈组织构架、文件体系、信息处理系统、考核和激励机制等，确保信息传递途径便捷有效，实现经验信息的可查、可证、可控、可用。结论

随着世界格局的变化和经济及科技实力的竞争，国家对关键重要科学技术等国产化战略布局，以及国际形势对进口设备在长期维护方便存在的不确定性，国产化势在必行，国产化过程既要吸收国外知名阀门企业在设计、制造及维护上的良好经验，也要建立自己的特色。针对核级截止阀在国产化替代后出现的一些问题，提出相应的改进措施，对其它阀门的国产化替代提供借鉴。

参考文献：