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核电站辅助过滤器的研发

2017-08-21王文超付江南

科技视界 2017年10期

王文超 付江南

【摘 要】秦山核电站辅助过滤器属于核电站水过滤器的一種,主要利用机械拦截、惯性碰撞的过滤机理,从流体中去除污染物,使流体达到所需的洁净度水平。

【关键词】一回路主要辅助系统;放射性废物处理;填补国内空白

1 项目简介

核电站辅助过滤器属于核电站水过滤器的一种,主要利用机械拦截、惯性碰撞的过滤机理,从流体中去除污染物,使流体达到所需的洁净度水平。

通过本项目的开发研制可以填补国内产品和技术上的空白。

2 科学技术内容

2.1 主要技术指标

2.1.1 设备主要技术参数

2.2 结构设计

2.2.1 壳体结构设计

根据辅助过滤器安装位置、功能等技术特性,确定了如下结构设计:

●盖板开启方式:利用专用工具,远距离操作齿轮箱的输入端(蜗杆轴),可缓慢开启或关闭盖板。

●壳体厚度:根据GB150-2011或RCC-M 2007的不同要求,利用仿真软件计算壳体强度。确定FK2041壁厚为16mm,FK2061壁厚为7mm,FK1162壁厚为10mm。

●各连接接口:进、出口、排气口、疏水口布局位置、结构尺寸、与系统对接焊方式均按研制任务书要求设计。

●盖板的压紧:FK2061、FK1162的壳体采用专用紧固螺栓组件将盖板压紧。FK2061采用4个,FK1162采用6个。

●齿轮箱:因为有自锁性要求,这里选用常规的蜗轮蜗杆结构。

2.2.2 滤芯结构设计

辅助过滤器的功能主要是拦截水系统中的颗粒杂质。本次研制的三台辅助过滤器样机过滤精度、过滤效率要求相同,可采用同种滤芯,但因通流能力不同,结构有差异。经过对样机滤芯的特性研究,确定设计要点如下:

●结构差异:FK2041、FK2061的工作流量较小,滤芯设计成单体式金属粘接结构。FK1162的工作流量较大,滤芯设计为塑料滤棒并联插装在篮内的组合式。

●滤芯强度:FK2041、FK2061中滤芯的骨架厚度分别为1mm、2mm。FK1162的滤芯骨架为聚丙烯材质,其参数受模具决定。

●过滤面积:FK2041中滤芯过滤面积为1.6m2,FK2061为2.33m2, FK1162为21m2。

3 项目实施

为适应核电站40年寿命的耐腐蚀性要求,辅助过滤器壳体材料采用316L不锈钢材料。

根据在核电站中的产品装配经验,密封圈选用乙丙橡胶。

辅助过滤器滤芯的滤材选用HV公司的复合玻璃纤维滤纸。

螺纹紧固件采用不锈钢材料,表面钝化处理,确保使用过程中不出现咬合。

所有材料采购时均有合格证明材料,且入厂前进行复验。

4 项目符合性验证

4.1 样机试验

辅助过滤器样机加工完成后,我们分别对壳体和滤芯进行了必要试验,以验证设计的正确性,具体如下:

◆外观检查

内容:目视检查辅助过滤器的外观,应无明显的结构损伤、焊接变形,表面清洁干净,无污染物,FK2041、FK2061、FK1162清洁度等级分别应符合A2、A1、B级要求,设置的标志清晰可见。

结果:三台样机符合要求。

◆尺寸和公差检查

内容:辅助过滤器的尺寸应满足设计图纸要求。

结果:分别按照壳体和滤芯图样要求,对实物进行测量,均在图纸要求范围内。

◆滤芯结构完整性试验

内容:将滤芯一端堵塞,另一端与试验台相连。滤芯浸入酒精槽内,轴线与液面平行,最高点距液面(12±3)mm。向滤芯内缓慢通入洁净空气,使压力达到拟定试验压力,同时滤芯绕轴线旋转360°。当滤芯表面有连续气泡冒出时,记录此时气压值(即初始冒泡点),结果应不低于1.1kPa。

结果:满足要求。

◆滤芯过滤精度试验

内容:试验前先用液压油测滤芯结构完整性,记录初始冒泡点。

试验粉尘ISO MTD,试验用15号航空液压油,流量为50 L/min,极限压降为245kPa。用10"滤芯试验件按GBT 18853-2002进行多次通过法试验。测得结果应满足β5(c)≥50。

结果:实测β5(c)≥100,满足要求。

◆滤芯流动疲劳试验

内容:用FK1162的塑料滤棒进行试验。

通过添加粉尘,使滤芯试验件在最大流量98L/min下达到极限压降0.25MPa,并保持流量压降。按0-98L/min-0的循环方式,使滤芯承受3万次1Hz频率流量冲击。试验后检查滤芯结构完整性及外观,应符合要求。

结果:试验后,滤芯结构完整性合格,外观无损坏。

◆滤芯座密封试验

内容:用盲式滤芯代替滤芯,装入壳体内。堵住除进、出口外的其它接口。从进口加压,保持0.375MPa压力15分钟。观察出口,应无泄漏发生。

结果:试验过程中,无泄漏。

◆水压试验

内容:封堵除进口外的其它接口,从进口加压,FK2041、FK2061、FK1162分别在30MPa、0.9MPa、2.19MPa压力下保持30分钟。观察壳体外部,应无泄漏和永久变形。

结果:试验过程中,壳体外部无泄漏和永久变形。

◆流阻试验

内容:将样机连入流阻试验台,分别向FK2041、FK2061通入9m3/h、7m3/h的水,流阻分别应不大于0.04MPa、0.025MPa。

结果:符合要求。

5 创新性与先进性

5.1 创新点

核电站辅助过滤器研制项目的技术创新点主要有以下两点:

1)设置防卡死保持螺栓

远程操作形式的壳体,设计为防卡死保持螺栓,避免螺栓从法兰上脱落,保证远程操作的进行。

2)操作工具更可靠

就地操作形式的壳体,装卸滤芯的工具一般为一个带有卡销的专用扳手,两个卡销张开后可挂住滤芯,然后将滤芯装入壳体或从壳体取出。本项目中,将该操作工具设计为预张开形式,即在卡销套筒内设置弹簧机构,可保持卡销的弹性张开状态,保证卡销与滤芯接口接触后的可靠挂接,避免提升或放下滤芯的过程中产生的震动或磕碰,进而导致滤芯从专用工具脱离、跌落。

5.2 先进性

本项目研制的核电站辅助过滤器,其先进性体现在以下两个方面:

1)过滤性能优化

在保证流通阻力等其它性能的前提下,采用过滤精度更高的滤料,使过滤器的过滤效率明显提升。5μm精度的过滤效率达到99%以上,25μm、100μm精度达到99.9%以上,明显优于规格书要求的98%。

2)滤芯耐压强度高

滤芯按照研制任务书要求进行抗破裂试验和流动疲劳试验,在额定流量下,滤芯承受0.4MPa的前后压差,仍保持原来的使用性能,试验后顺利通过完整性测试;在额定流量下,保证冲击压降值达到0.25MPa,循环冲击3万次后,滤芯同样保持原有性能,也顺利通过完整性测试。

6 结论

核电站辅助过滤器的成功研制,填补了国内核电站辅助过滤器自主供货的空白,使该类水过滤器的研发技术向前迈进了一大步,为我国“核电走出去”提供了新的动力。

[责任编辑:田吉捷]