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核安全級閥門的試驗研究

文檔作者：楊偉1 王明珊2 魏彥學1 賈安迅1 張景艷1 潘明旭3 文檔來源： 1沈陽盛世高中壓閥門有限公司 2核物理與化學研究所3東北林業大學			點擊數：
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文章編號: 100225855 (2010) 0220014203
作者簡介:楊偉(1955 - )男,遼寧沈陽人,工程師,從事閥門工藝設計、營銷及營銷管理工作。
核安全級閥門的試驗研究
楊　偉1 ,王明珊2 ,魏彥學1 ,賈安迅1 ,張景艷1 ,潘明旭3
(11沈陽盛世高中壓閥門有限公司,遼寧沈陽110142; 21核物理與化學研究所,四川綿陽621900;
31東北林業大學,黑龍江哈爾濱150000)
　　摘要　介紹了核安全2級和3級鈉截止閥和止回閥樣機的壽命試驗和抗地震試驗方法。
　　關鍵詞　反應堆;安全;閥門;抗震試驗
　　中圖分類號: TH134　　　　文獻標識碼:A
Test and study of nuclear safety va lves
YANG W ei1 ,WANG M ing2shan2 ,W EI Yan2xue1 , J IA A n2xun1 , ZHANG J ing2yan1 , PAN M ing2xu3
(11Shenyang Shengshi H igh&amp;amp;m edium p ressure va lve co1, L td1, Shenyang 110142, China;
21Ins titute of nuc lea r phys ics and chem is try,M ianyang 621900, China;
31N ortheast Fores try U niversity, Ha rbin 150000, China)
Abstract: In trodcing the m ethods of the life test and ea rthquake2res is tant test on nuclea r safety 2E 3E
check valve and cut2off p rototypes w ith sodium.
Key words: nuc lear reac tor; safety; valve; earthquake2resistant tes t
1　概述
隨著新能源技術的快速發展,核能作為清潔能
源已得到世界各國的公認,并爭相發展。我國出臺
的有關能源規劃表明,從2010～2020年,中國將新
建核電站31座,核電裝機容量達到4 000萬kW,核
電比重由現在的1169%提升到4%。這也標志著核
電將在中國未來的電力發展中扮演更重要的角色。
閥門是核電裝置中的安全附件之一,其作為流體介
質管路傳輸中的重要控制設備,功能性是否滿足要
求直接關系到整個核設施的安全。本文以用于中國
實驗快堆(CEFR)的核安全2級鈉截止閥(DN40 - T
形、DN40 - Z形)和止回閥(DN40 - T形)為例,介紹
該產品壽命試驗和抗地震試驗的方法。
2　參照標準
CEFR的核安全2 級鈉截止閥(DN40 - T形、
DN40 - Z形)和止回閥(DN40 - T形)在制造過程中
遵循的主要標準和規范如下。
ASME BPV - Ⅲ - 1 - 95 ND級設備
ASME BPV - Ⅱ - 95 材料技術條件
ASME BPV - Ⅴ - 95 無損檢驗
HAF0902 - 95 民用核承壓設備無損檢驗人員
培訓、考核和取證管理辦法
GB 911511 - GB9115126 - 88 對焊鋼制管法蘭
GB 12221 - 2005 金屬閥門結構長度
3　試驗
311　壽命試驗
核級閥門設計使用壽命為40年。閥門按EJ /T
1022111標準進行了機械磨損、熱老化和輻照老化
等相關試驗。
(1)機械磨損試驗
機械磨損試驗是驅動裝置加載情況下(相當于
與閥門連接帶動閥門開或關時所受到的力) , 經
2 000次循環動作試驗。試驗后,驅動裝置應運轉正
常。
(2)熱老化試驗
熱老化試驗是試驗過程中,驅動裝置經過2 000
次連續循環操作,并在加載情況下進行。驅動裝置
置于干燥空氣中加熱至135℃,試驗950h。
(3)輻照老化試驗
輻照老化試驗前,驅動裝置在加載情況下,完成
— 14 — 　　　　　　　　　　　　　　　　閥　　　門　　　　　　　　　　　　　　2010年第2期
所要求的機械磨損老化試驗操作循環次數的5%。
輻照試驗在干空氣中進行,溫度為70 ±3℃,γ射線
累計輻照劑量為250kGy。輻照試驗前,閥門應轉動
靈活、密封性能符合要求。輻照試驗后再重復進行
動作試驗和密封試驗等,其結果應和輻照前保持一
致。
312　抗地震試驗
抗地震試驗是為滿足核電站閥門設備的需要,
按照IEEE 344、GB 13625《核電廠安全系統電氣設
備抗震鑒定》和HAFJ 0053《核設備抗震鑒定試驗指
南》的要求進行?？拐鹪囼灥捻椖坑袦y試閥門的自
震頻率與阻尼比、五次OBE地震反應考核試驗、一
次SSE地震反應考核試驗和性能試驗。
模擬地震振動臺的震動方向為X、Y、Z三方向
六自由度,最大加速度為X方向= ±410g、Y方向= ±
210g、Z方向= ±410g。頻率范圍為011～100Hz。
　　試驗時,樣機閥門安裝在剛性底座上(圖1) ,剛
性底座與振動臺面之間采用螺母固定。與閥門垂直
方向為振動臺激勵的X方向,與此垂直的方向為Y
方向,豎向為Z方向。
圖3　SSE地震試驗Z方向臺面加速度
時程反應譜對要求譜的包絡
　　(1)動態特性探查試驗
閥門進出口方向( Y 向) 的固有頻率為
24142Hz,在垂直于進出口方向(X)的固有頻率為
13166Hz,在垂向( Z)的固有頻率74170Hz。
　　(2)OBE地震試驗
5次OBE試驗中,臺面X、Y、Z方向輸入速度加
2010年第2期　　　　　　　　　　　　　　　　　閥　　　門　　　　　　　　　　　　　　　　　—　1　5 　—　　　　
速度為圖2所示(在此僅以X方向為代表)加速度
曲線的0165倍,其中任意兩條曲線的相關系數均小
于012,且強震部分大于10 s,三方向幅度幅值分別
為01709g、01741g和01676g,大于對應的要求譜的
零周期加速度0149g、0159g、0152g。圖3給出了X
方向加速度輸入的時程反應譜與要求反應譜(試驗
設定譜) 的包絡情況(OBE 的譜值為圖示譜值的
0165倍) ,臺面加速度的反應譜能完全包絡要求的
反應譜。5次OBE試驗測量結果有很好的重復行。
第5次OBE試驗中閥體上部法蘭處的加速度
響應示于圖2,加速度的最大幅值列于表1中。由
圖可見,支撐法蘭處加速度計在閥門開的過程中受
電機轉動的影響,曲線上有接近于9 s的時間段響應
幅值較大。在試驗中第5次OBE試驗中閥體驅動
裝置機構上部的加速度時程示于圖4,加速度的最
大幅值列于表1中。
表1　OBE和SSE試驗中加速度測量結果
物理量位置編號
OB E
1 2 3 4 5
SSE
加速度/ g
驅動機
構上部
臺面
X 11658 11698 11721 11669 11669 21897
Y 11581 11451 11395 11366 11525 21446
Z 11051 11078 11202 11118 11121 11719
X 01709 1109
Y 01741 1114
Z 01676 1104
　　5 次OB E 試驗中閥門的最大應力分別為
1918M Pa、21132M Pa、21172M Pa、21141M Pa 和
21156M Pa, 出現在閥門的閥體支撐懸臂的根部
(應變測點1) 。每次OB E試驗中閥門均能在9s內
完成開關操作, 未發現泄漏。
(3) SSE地震試驗
SSE試驗中臺面的X、Y、Z三向地震時程以
X向為例如圖2所示, 它們的反應譜與各自要求反
應譜的包絡情況見圖3, 三方向加速度幅值分別為
1109g、1114g和1104g, 大于對應的要求譜的零周
期加速度0176g 、0191g、0180g。臺面加速度的反
應譜完全包絡要求的反應譜。三方向臺面加速度的
功率譜密度( PSD ) 見圖5, 它們均能包絡由對應
的要求反應譜計算得到的PSD 80%的曲線。閥體驅
動機構上部的加速度幅值見表1。閥體支撐懸臂根
部最大應力為44100M Pa。
試驗中和試驗后閥門均能在9s內完全開關操
作。閥體結構未見損壞。試驗后對閥門在112 M Pa
壓力下保壓15m in, 未見任何泄漏, 密封完好。閥
門的外觀檢查未見變形損壞。
(4) 試驗結果
試驗后閥門結構的動態特性Y向的固有頻率
為23168Hz, X向固有頻率13166Hz, 在垂向Z的
固有頻率為75147Hz。
313　其他試驗
在試驗的質量檢驗工作中進行了材料成分、機
械性能, 沖擊韌性、焊接、熱處理、無損檢驗、外
觀和尺寸等檢驗, 及殼體水壓試驗和密封試驗, 防
腐蝕、清洗和清潔度保持等系列工作。
4　結語
CEFR的核安全2級Z形鈉截止閥經過2 000
次循環動作試驗、老化試驗和輻照試驗符合要求。
抗地震考核試驗結果表明, 按照中國原子能院提供
的樓層反應譜進行的5次OB E地震反應考核試驗
和1 次SSE 地震反應考核試驗, 試驗過程中X、
Y、Z三方向的臺面加速度反應譜, 包絡了試驗要
求的反應譜。在所進行的OB E和SSE地震反應考
核試驗過程中和試驗結束后, 樣機外形結構及外觀
沒有裂紋, 支耳和驅動裝置轉動正常, 配對法蘭及
法蘭配件(螺釘、螺母及墊片) 沒有松動或脫落
等不正?，F象。核級閥門(樣機) 在設計使用壽
命期限內, 轉動靈活, 密封性能符合要求。對于類
型相同, 尺寸小于經過抗地震試驗(抗震指標相
同) 的閥門可以沿用此試驗結果。另外同等類型
尺寸一致的閥門, 如果已經過抗地震試驗, 并且其
抗震指標要求低, 可進行對照分析, 也同樣可借薦
使用, 以減少經費投入。
參考文獻
〔1〕　IEEE 344 - 87, 核電廠1E級設備抗震鑒定的推薦實施方法
〔S〕.
〔2〕　HA F 0400 - 91, 核電廠質量保證安全規定〔S〕.
(收稿日期: 2009112101)
— 16 — 　　　　　　　　　　　　　　　　閥　　　門　　　　　　　　　　　　　　2010年第2期

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