第三代民用核电厂主蒸汽隔离阀在线检测分析与研究.pdf

587Jun.2023Nuclear Science and Engineering2023年6 月No.3Vol.43工程核科学与第3期第43卷第三代民用核电厂主蒸汽隔离阀在线检测分析与研究闫启亚1，赵猛2（1.上海核工程研究设计院股份有限公司，上海，2 0 0 0 0 0；2.国核示范电站有限公司，山东荣成，2 6 430 0）摘要：为保证我国第三代核电用主蒸汽隔离阀在正常、异常、危急和事故工况期间和之后不应丧失功能，本研究采用试验方法，对主蒸汽隔离阀进行一定工况下的功能测试，通过不同工况下的测试结果，对照理论分析模式，为主蒸汽隔离阀在运行阶段的在线检测结果提供参考依据。研究结果表明，本试验能够准确地得出主蒸汽隔离阀在线检测的结果，并能够发现设计及制造过程中存在的潜在缺陷。因此，本研究可以作为我国三代核电厂用主蒸汽隔离阀在线检测结果的参考依据。关键词：核电；质量中图分类号：TL334文章标志码：A文章编号：0 2 58-0 9 18（2 0 2 3）0 3-0 58 7-0 8Analysis and Study on the On-line Detection of the Main SteamIsolation Valve in the Third Generation Civil Nuclear Power PlantYANQiya,ZHAO Meng?(1.Shanghai Nuclear Engineering Research&Design Institute Co.Ltd,Shanghai 200000,China;2.State Nuclear Power Demonstration PlantCo.Ltd,Rongchneg of Shandong Prov.264300,China.)Abstract:In order to ensure that the main steam isolation valve for the third generationnuclear power in China should not lose its function during and after normal,abnormal,criticaland accident conditions,this study uses the test method to test the function of the main steamisolation valve under certain conditions.Through the test results under different conditions andcompared with the theoretical analysis mode,it provides a reference basis for the on-linedetection results of the main steam isolation valve in the operation stage.The study findingsshow that this test can accurately obtain the on-line detection results of the main steamisolation valve,and can find the potential defects in the design and manufacturing process.Therefore,this study can be used as a reference for the on-line detection results of main steam收稿日期：2 0 2 1-11-2 9作者简介：闫启亚（19 8 7 一），男，河南商丘人，学士，现主要从事国内核电阀门质量监督相关研究588isolation valves for the third generation nuclear power plants in China.Key words:Nuclear power;Quality在我国某第三代核电项目中，采用的主蒸汽隔离阀为公称通径DN1050，设计压力8.2MPa，设计温度32 0。阀门的结构采用楔紧式平行双闸板结构，其闸板组件为柔性连接结构，由两块楔形件、两块闸板组成。中腔密封采用自紧密封结构，支架采用圆筒形结构，并通过夹环与阀体连接；驱动装置采用气/液驱动装置。为验证阀门组件能实施预期功能并收集基准数据，本研究对阀门进行了三个序列的试验，每个试验序列期间，阀门组件进行4次循环动作试验，以保证正确功能的同时，确保试验数据的有效性。1主蒸汽隔离阀试验序列及检测设置1.1主蒸汽隔离阀试验序列1.1.1室温空载动作试验常温下，旁通阀关闭，主阀空载不带压，阀门处于完全开启状态。第一次，用驱动装置A通道快速关闭阀门，再缓慢开启阀门；第二次，用驱动装置B通道快速关闭阀门，再缓慢开启阀门；第三次，用驱动装置AB通道快速关闭阀门，再缓慢开启阀门；第四次，缓慢关闭阀门（使用驱动装置A通道），再缓慢开启阀门。1.1.2室温最大压差动作试验常温下，旁通阀关闭，阀门处于完全开启状态，缓慢加压至试验压力8.2 MPa。第一次，用驱动装置A通道快速关闭阀门，随后出口端卸压，保持进口端压力为8.2 MPa，再缓慢开启阀门；第二次，用驱动装置B通道快速关闭阀门，随后出口端卸压，保持进口端压力为8.2MPa，再缓慢开启阀门；第三次，用驱动装置AB通道快速关闭阀门，随后出口端卸压，保持进口端压力为8.2 MPa，再缓慢开启阀门；第四次，缓慢关闭阀门（使用驱动装置B通道），随后出口端卸压，保持进口端压力为8.2 MPa，再缓慢开启阀门。1.1.3室温设计压力动作试验常温下，旁通阀关闭，阀门处于完全开启状态，缓慢加压至试验压力8.2 MPa。第一次，用驱动装置A通道快速关闭阀门，再缓慢开启阀门；第二次，用驱动装置B通道快速关闭阀门，再缓慢开启阀门；第三次，用驱动装置AB通道快速关闭阀门，再缓慢开启阀门；第四次，缓慢关闭阀门（使用驱动装置AB通道），再缓慢开启阀门。1.2主蒸汽隔离阀试验检测设置为验证阀门组件能够实现预期功能，并收集基准数据，在上述三个试验序列中，需获得以下试验数据：序列A：阀门关闭及开启过程中全行程动作期间的推力；序列B：阀门开启及关闭时间；序列C：阀门关闭及开启行程。为获取以上试验序列的试验数据，本研究在阀门阀杆上部，贴应变片用作推力测量，安装行程传感器用作行程测量。同时为确保本研究获得的相关数据精确，对于阀门的开启及关闭时间，本研究不以控制柜读取的阀门位置指示器的时间为准。而是使用电流钳，检测控制柜启动电流信号为阀门动作初始时间，行程传感器到位信号为阀门到位信号。采用本研究的时间测量方法能够更加精准地获得阀门的实际性能参数。且本研究在最终数据对比中，发现采用位置指示器获取的时间误差在1%10%。2主蒸汽隔离阀试验结果分析2.1空载工况下阀门试验结果2.1.1空载工况下阀门关闭推力曲线分析如图1所示，阀门的关闭过程主要分为四个阶段，第一阶段为A点到B点曲线，此时阀门驱动机构未接到阀门关闭信号，活塞处于原始位置，阀杆承受驱动装置带来的向上拉力，以形成阀门上密封边界。第二阶段为B点到C点曲线，阀门在a线时刻接收到启动信号，驱589动装置活塞运动，带动阀杆开始受力，阀杆上密封处与阀盖上密封处脱离，此时阀杆受力状态的变化为从承受驱动装置向上的拉力变为主要承受阀杆自身与闸板及闸板架重力、阀杆与填料的摩擦力、驱动装置向下的推力。第三阶段为C点到D点曲线，此时闸板平稳下落，从阀杆推力曲线中可以看到，此阶段的阀杆受力为阀杆自身与闸板及闸板架重力、阀杆与填料的摩擦力、驱动装置的推力，推力曲线较平稳。第四阶段为D点到E点曲线，此时闸板开始与阀座接触，阀杆受力在第三阶段受力情况下增加了阀座与闸板之间的摩擦，且随着闸板的下落，闸板与阀座之间更加紧密地贴合，摩擦力增大直到阀门关闭完成，阀杆受力达到最大并稳定。BA-20000DC-40000-60000-80.000-100000a-120000Epua0234567时间/s图1阀门空载工况下阀门关闭阀杆推力曲线Fig.1The thrust curve of valve closing stem under no-load condition2.1.2空载工况下阀门开启推力曲线分析如图2 所示，空载工况下阀门的开启过程主要分为三个阶段，第一阶段为A点到B点曲线，此时阀门驱动机构接到阀门开启信号，驱动装置活塞开始向上运动，阀杆承受驱动装置带来的向上的拉力，并带动闸板及闸板架向上BE180000160000D140000120000/100000800006000040000200000050100150200250300350400450500550600650时间/s图2阀门空载工况下阀门开启阀杆推力曲线Fig.2The thrust curve of valve opening stem under no-load condition590曲线分析运动，此时阀杆因克服闸板与阀座摩擦力、闸板及闸板架重力、填料摩擦力及部件静止到运动的惯性等，推力达到最大值。第二阶段为C点到D点曲线，此时闸板平稳上升，从阀杆推力曲线中可以看到，此阶段的阀杆受力主要为阀杆自身与闸板及闸板架重力、阀杆与填料的摩擦力、驱动装置的拉力，推力曲线较平稳。第三阶段为D点到E点曲线，此时阀杆上密封面开始与阀盖上密封面接触，阀杆受力在第二阶段受力情况下增加了两者上密封面的密封力，且随着阀杆的持续上升，阀杆与阀盖上密之间更加紧密地贴合，结合力增大直到阀门开启完成，阀门上密封压力边界形成，阀杆受力达到最大并稳定。2.1.3空载工况下阀门试验结果结论通过对上述曲线的分析，同时对多次试验数据进行对比分析，阀门在空载条件下，阀门的开启时间（设计要求9 0 0 s）、关闭时间（设计要求快关2 5s，慢关30 0 s、阀门行程设计要求（8 18 士10）mm等试验结果，与图纸设计预期基本一致，且各次试验所得数据之间误差均较小，可认为试验是符合设计预期的（见表1）。表1阀门空载工况下动作数据Table 1Actiondataof valveunderno-load condition动作序列动作时间/s动作行程/mm一次开617.4811.6二次开607.4811.9三次开589811.8四次开592811.8空载动作序列动作时间/s动作行程/mm工况A快关3.3811.7B快关3.6811.1AB快关3.4811.2A慢关313.7811.72.2最大压差工况下阀门试验结果2.2.1最大压差工况下阀门关闭推力最大压差工况下的阀门关闭推力曲线与空载工况趋势一致。由于此时阀门内部带压，因此测定的阀杆推力值较空载工况下要大（见表2）。表2 阀门关闭时阀杆推力对比Table2Comparison of valve stem thrust when thevalveis closed空载工况阀杆力压差工况阀杆力动作序列稳定值/N稳定值/NA快关55 662132680B快关77 877125 637AB快关9372486152B慢关771421250052.2.2最大压差工况下阀门开启推力曲线分析如图3所示，最大压差工况阀门的开启过程可以分为四个阶段，第一阶段为A点到B点曲线，此时阀门驱动机构接到阀门开启信号，驱动装置活塞开始向上运动，阀杆承受驱动装置带来的向上的拉力，并带动闸板及闸板架向上运动，此时阀杆因克服闸板与阀座摩擦力、闸板及闸板架重力、填料摩擦力及部件静止到运动的惯性等，推力达到最大值；第二阶段为B点到F点曲线，阀杆带动闸板及闸板架开始上升到闸板完全脱离阀座的过程，因压差工况下阀门进口端单侧受压，在闸板开始运动后，进口端的压力边界消失，阀门内部介质进入中腔