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AP1000爆破阀技术特点和难点剖析

2017-05-27乔纬经

中国高新技术企业 2016年36期
关键词:国产化

摘要:爆破阀作为AP1000项目中非能动设计的关键设备之一,其结构特点与以往阀门类型不同,其通过点燃阀门药筒内装的火药,驱动阀门快速打开,保证了事故工况下非能动堆芯冷却系统可靠运行,有效降低了事故下堆内温度和压力,减少了设备维修和人员辐照。

关键词:爆破阀;非能动;药筒;鉴定试验;国产化 文献标识码:A

中图分类号:TM623 文章编号:1009-2374(2016)36-0073-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.036

1 概述

AP1000压水堆技术作为全球三代核电的先进技术之一,具有非能动性、模块化、系统简化等特点。同时,AP1000与以往压水堆相比在使用设备上同样存在较大变化,其中爆破阀的首次使用是主要变化之一。

爆破阀是一种火工品驱动的阀门,正常运行时,爆破阀处于关闭状态,密封是靠密闭的剪切盖来保证,不存在泄漏的可能性;事故工况下动作时,仅供一次动作使用且动作过程不可逆,不存在任何误关闭的可能性。

2 设计特点

AP1000爆破阀主要包括DN350和DN200两种规格,单台机组共12台,其中4台为DN350、2台为DN200低压、3台为DN200高压R(有流向要求)、3台为DN200高压L(有流向要求)。

爆破阀属于A1类,抗震Ⅰ级设备,阀门组件的设计寿命为60年(垫片、弹性材料等易损件除外),药筒驱动装置的设计储存寿命为4年,安装后寿命为8年,为防止药筒内火药的老化,在电厂运行阶段,每2年取爆破阀执行机构总数的1/4进行定期试验、更换。

爆破阀的基本设计功能是在电厂运行时保证零泄漏;一旦动作则提供要求的流量。阀门上带1E级阀位指示器,以确定阀门全开的位置。爆破阀不要求动作后关闭,但爆破阀在动作后必须能修,所有爆破阀均要求保持压力边界完整。爆破阀必须设计成在动作时和之后能防止飞射物的产生,动作后不能阻碍流动。最长开阀时间为2s。

3 结构特点

爆破閥主要由以下部件组成,包括阀体组件、阀盖、拉紧螺栓、活塞、缓冲装置、位置指示装置、剪切盖、药筒组件等。

药筒驱动装置接收到电流信号后,通过内部点火器点燃火药并产生气体使活塞受力,造成拉紧螺栓断裂,活塞因此往下运动,并对剪切盖端部提供作用力,使剪切盖打开,从而保证介质流通。

为保证动作安全可靠,药筒设计有冗余点火器,每一个点火器均能保证阀门及时打开,每台DN200爆破阀有2个点火器,一用一备,每台DN350爆破阀有3个点火器,一用两备。同时,DN200爆破阀活塞在结构上存在两个腔室,这种设计保证了剪切盖端部在阀门动作后,随下腔室一起运动到阀体下部,上腔室确保流体畅通;DN350爆破阀剪切盖端部在打开时由夹具保持,避免了阻塞流道。

4 使用特点

爆破阀属于非能动堆芯冷却系统(PXS)中关键设备,分别用于自动降压系统(ADS)的第4级自动降压子系统、低压安注回路和安全壳再循环回路。

自动降压系统(ADS)的第4级自动降压子系统:共2×2列,每列布置有一个DN350爆破阀,通过常开直流电动闸阀连接到反应堆冷却剂系统RCS的热管段;在同时满足ADS系统第3级启动后128s和CMT低-6液位整定值这两个要求时,每个RCS系统热段的两列ASD-4级通道各有一根管线自动开启,第2根管道在第1根管道启动60s后启动,打开后介质直接排到SG隔间,排放点标高高于最大安全壳淹没水位。

低压安注回路:共2×2列,每列布置1台DN200高压爆破阀。当第4级ADS启用后,低压安注管线上的爆破阀打开,当主系统压力降低至IRWST安注压力以下时,与爆破阀串联的止回阀打开(该止回阀属低压差开启止回阀并应尽可能小的流阻),安全壳内置换料水箱(IRWST)的水靠重力通过并联两路爆破阀和止回阀向反应堆堆芯注水。

安全壳再循环:共2×2列,并联两路中一列为DN200低压爆破阀和常开直流电动阀,一列为DN200高压爆破阀和止回阀,实现安全壳再循环和对堆芯的长期冷却;当安注箱、堆芯补水箱CMT、IRWST注水完成后,安全壳内水淹到相当高的水位,可通过重力向堆芯注水建立再循环,再循环管线上的阀门打开,启动安全壳再循环冷却。当IRWST水位降到足够低时,安全壳再循环爆破阀打开,为安全壳向反应堆注入提供冗余通道。

5 鉴定特点

爆破阀的鉴定,以《AP1000安全级阀门设备鉴定方法及文件要求》(APP-GW-VP-010)为指导,参考ASME、IEEE、MIL等规范要求,共分为5大部分:(1)阀门本体的QME-1鉴定:包括浸没试验、泄漏试验、抗震试验、功能试验、流量试验、试验后检查;(2)补充抗震试验:主要是对没有被ASME QME-1和IEEE标准覆盖的拉紧螺栓和阀门位置指示器进行该试验;(3)药筒执行机构和电气接插件的IEEE鉴定:主要包括辐照老化、热循环、热老化、连接/断开机械循环、振动老化、抗震试验、压力循环、LOCA、浸没、功能试验、试验后检查;(4)电气件的EMI电磁干扰试验:主要是对点火器、接插件、位置指示器进行试验,包括电缆束注入传到敏感度试验、电缆束注入脉冲激励传导敏感度试验、阻尼正弦顺变传导敏感度试验、磁场辐射发射传导敏感度试验、电场辐射发射传导敏感度试验。

6 国产化风险

目前AP1000示范项目的爆破阀由美国SPX公司供货。通过技术引进,后续国内AP1000项目将由国内制造厂负责爆破阀设计和制造。现阶段国内已有3家制造企业开展爆破阀试制。

考虑到SPX在向示范项目供货期间存在一些问题,造成爆破阀有较长时间的延误,在后续项目国产化过程中,需要在以下方面给予关注:(1)首次制造风险:由于国内制造厂首次制造爆破阀,同时配套药筒装置也是国内首次设计,制造过程中如剪切盖的设计制造、活塞和阀体中腔的间隙、拉紧螺栓削弱槽直径、剪切盖剪切处壁厚和能量吸收装置等关键参数的敏感性分析,对国内制造企业存在一定挑战;(2)设备鉴定风险:SPX从2012年开始爆破阀鉴定试验,期间经历了浸没泄漏、药筒哑火、接插件支架破裂等事故,最终于2015年6月全部通过。设备国产化后在鉴定试验时虽可能避免了类似问题,但试验过程中出现失效问题的风险仍比较大,且目前国内制造厂均选择上海成套院进行鉴定试验,鉴定进度风险较大,而设备相应电气接插件、限位开关等部件仍为进口,能否获得部件的鉴定资料仍未可知。

7 结语

爆破阀整体结构简单、动作迅速可靠,确保了运行过程中零泄漏,减少了设备维修和相关人员的辐照剂量,是AP1000技术的关键设备之一。在后续国产化过程中,作为业主应当对设备整体过程进行跟踪和监督,确保设备制造质量符合设计要求。

参考文献

[1] 林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000[M].北京: 原子能出版社,2008.

[2] 孙汉虹,程平东,缪鸿兴,等.第三代核电技术 AP1000[M].北京:中国电力出版社,2010.

[3] 乐秀辉,盛燮康,李军业.AP1000核岛主要阀门特点 [J].通用机械,2010,(7).

作者简介:乔纬经(1982-),男,中核集团三门核电有限公司机械采购工程师,研究方向:机械设备管理和设备监造。

(责任编辑:蒋建华)

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