核電閥門的試驗鑒定
1、概述
目前二代加壓水堆核電站核島共有閥門12000余臺(含2個機組、不包括儀表閥),其中的核級閥門6200余臺應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求進行鑒定,鑒定方法有試驗鑒定、分析鑒定、分析與試驗相結(jié)合,本文主要討論按ASMEQME-1:2002對能動閥門進行試驗鑒定的細節(jié)。能動閥門是指在關(guān)閉反應(yīng)堆至冷停堆狀態(tài)的過程中或在減輕假想事件后果方面,即在完成系統(tǒng)安全功能的過程中,必須完成機械動作,以執(zhí)行規(guī)定的安全功能。非能動閥門則指在完成系統(tǒng)安全功能的過程中,僅必須保持壓力邊界的完整性,而不需要執(zhí)行機械動作的閥門。因此不是所有的核級閥門都是能動閥門,如穩(wěn)壓器噴霧閥雖然是核一級閥門,但卻是非能動閥門。本文核級指按相應(yīng)核電規(guī)范如ASMEIII或RCC-M制造的規(guī)范等級,與核安全等級有所區(qū)別。
2、能動動力驅(qū)動閥門的鑒定試驗
ASMEQME-1詳細規(guī)定了能動動力驅(qū)動閥門、能動止回閥、能動卸壓閥的鑒定試驗項目、順序和細節(jié)。本文僅討論能動動力驅(qū)動閥門、能動止回閥的鑒定試驗。
2.1、標準要求的鑒定試驗項目及順序
ASME QME-1QVP-732011規(guī)定了能動動力驅(qū)動閥門的試驗項目及順序。
試驗前檢驗 QVP-733111
基頻測定 QVP-734011
環(huán)境與老化模擬 QVP-7350
中間檢驗 QVP-733211
循環(huán)試驗 QVP-736111(冷循環(huán))和QVP-736211(熱循環(huán))
中間檢驗 QVP-733211
端部加載試驗 QVP-737011
中間檢驗 QVP-733211
地震試驗 QVP-738011
中間檢驗 QVP-733211
流體阻斷試驗 QVP-739011
試驗后檢驗 QVP-733311
在以上的試驗順序中,某些試驗可以編組進行或改變其順序。對于上面的試驗順序允許適當調(diào)整,如基頻試驗可與地震試驗合并進行,端部加載試驗可與地震試驗合并進行[參見QVP-737011(c)],要求滿足QVC-7000條款的附加試驗可在以上試驗順序的任一處施行。
2.2、動作壽命試驗
能動動力驅(qū)動閥門的試驗項目中沒有包含技術(shù)規(guī)范書要求的2000次循環(huán)(或更多循環(huán)次數(shù))的動作壽命試驗,根據(jù)多年的核電閥門鑒定試驗的實踐證明,模擬實際工況的動作壽命試驗對所有的閥門類型(閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥、隔膜閥等)都是一個嚴格的考驗。在較早期的試驗中,大部分閥門在動作壽命試驗中都會出現(xiàn)不同程度的問題,這種現(xiàn)象在近兩年有所改善。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中只要充分考慮循環(huán)動作的特定要求、高溫高壓下結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力和變形影響等,一般就能通過動作壽命試驗的考核。因此,目前國內(nèi)一般都要求核電閥門應(yīng)進行模擬工況下的動作壽命試驗。
2.3、環(huán)境與老化模擬
環(huán)境與老化模擬的主要對象為非金屬材料、閥門驅(qū)動裝置和電氣附件,如熱老化、輻照老化、機械磨損老化和LOCA等。而閥門作為機械設(shè)備,非金屬材料的使用有填料、墊片和軟密封閥座等。目前國內(nèi)外針對填料、墊片、電動執(zhí)行機構(gòu)、氣動執(zhí)行機構(gòu)及電氣附件都有單獨的經(jīng)過鑒定的生產(chǎn)廠家。因此,一般要求核電閥門的填料、墊片、閥門驅(qū)動裝置和電氣附件等選擇這些通過鑒定的生產(chǎn)廠家,而不要求隨同閥門樣機一起進行環(huán)境與老化模擬的鑒定試驗。閥門樣機所配填料、墊片、閥門驅(qū)動裝置和電氣附件,應(yīng)提供其樣機的所有鑒定試驗報告和鑒定證書。
目前有爭議的是球閥及隔膜閥等閥門中的軟密封閥座和隔膜等材料的鑒定,針對這些商用化材料,生產(chǎn)廠家一般無法提供環(huán)境與老化模擬的鑒定試驗報告,而要求這些零件裝配于閥門整體,然后由閥門制造廠家進行環(huán)境與老化模擬的鑒定試驗,顯然也是不太現(xiàn)實。目前各方都認可的解決方案是,針對輻照老化,一般是由閥門制造廠家從供方獲取非金屬材料的試片送有資質(zhì)機構(gòu)進行耐輻照試驗,當然在與設(shè)計院、業(yè)主溝通的情況下可直接選擇有相應(yīng)耐輻照數(shù)量級的非金屬材料,如EPDM在1×105Gy,Fs-40在1×106Gy,PEEK在1×107Gy。針對熱老化和磨損老化,非金屬材料制成的零件隨同閥門樣機一起進行模擬熱態(tài)工況下的動作壽命試驗。
2.4、熱沖擊試驗
ASMEQME-1未包含目前國內(nèi)設(shè)計院要求的熱沖擊試驗,有的設(shè)計院要求僅對核一級閥門進行熱沖擊試驗,有的要求核一級、核二級、核三級閥都要求進行熱沖擊試驗,各個設(shè)計院對熱沖擊試驗的次數(shù)也有不同的規(guī)定,有規(guī)定5次、也有規(guī)定10次的。但總的來說,熱沖擊試驗是目前所要求的,是必須列入鑒定試驗項目中的。
2.5、流量系數(shù)或流量特性測試
因為在通常情況下,流量系數(shù)或流量特性測試不是與安全相關(guān)的功能,故ASMEQME-1沒有將其列入鑒定試驗項目,但從對一個閥門整體性能的評估,目前都要求對樣機進行流量系數(shù)或流量特性測試。對于調(diào)節(jié)閥或某些對流通能力有特殊要求的閥門,包括樣機或產(chǎn)品都應(yīng)進行流量系數(shù)或流量特性測試。
2.6、建議的鑒定試驗項目及順序
目前國內(nèi)核電閥門樣機的鑒定試驗一般是按4類進行。
①廠家自身能完成的試驗項目(試驗前、冷循環(huán)、試驗后)。
②熱態(tài)試驗(熱循環(huán)、熱沖擊、動作壽命試驗、流體阻斷)。
③地震試驗(含基頻測定、端部加載、地震試驗)。
④流量系數(shù)或流量特性測試。
考慮到每一類的試驗一般盡量在同一個試驗室完成,因此,給出實踐中的鑒定試驗項目及順序。
①試驗前檢驗。
②冷循環(huán)試驗。
③中間檢驗。
④熱循環(huán)試驗、熱態(tài)動作壽命試驗2000次、熱沖擊試驗、流體阻斷試驗(每一項試驗完成后、動作壽命試驗期間定期均在試驗裝置上不拆卸閥門的情況下進行在線檢漏、初步評估閥門密封的情況)。
⑤中間檢驗。
⑥基頻測定、端部加載試驗、地震試驗(注意端部加載試驗應(yīng)在地震試驗之前完成)。
⑦試驗后檢驗。
⑧流量系數(shù)Cv值或流量特性測試。
按試驗順序及ASMEQME-1的規(guī)定,應(yīng)最后進行的流體阻斷性能試驗被提前到了熱循環(huán)試驗階段。
其中關(guān)于流量系數(shù)Cv值或流量特性測試,其試驗順序可以任意調(diào)整,且在確保相同結(jié)構(gòu)、獲得相同的測試數(shù)據(jù)的前提下,不一定必須要使用同一臺樣機進行試驗。但其他的所有試驗項目都必須是在同一臺樣機上完成。國外有的公司鑒定試驗做了很多,但卻都是在不同的樣機上進行的。
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