為實現(xiàn)核電氣動調(diào)節(jié)閥的設(shè)計優(yōu)化及其國產(chǎn)化，對氣動調(diào)節(jié)閥在核電站中的選型原則和選型的特殊性進(jìn)行了分析，并結(jié)合以往工程設(shè)計經(jīng)驗及現(xiàn)場反饋情況，討論了目前國內(nèi)核電機組選型中的重點和難點問題。最后，對核級氣動調(diào)節(jié)閥國產(chǎn)化的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析與展望。這為自控設(shè)計人員進(jìn)行核電氣動調(diào)節(jié)閥選型和設(shè)備國產(chǎn)化工作提供了參考。

　　作為過程控制工業(yè)中最常用的終端控制元件，調(diào)節(jié)閥在過程控制中起著極為重要的作用。它用來接收信號，并根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出來改變閥門開度，從而調(diào)整工藝參數(shù)，使之趨向于期望值，其應(yīng)用質(zhì)量直接反映在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。

　　核級氣動調(diào)節(jié)閥設(shè)計的正確選型是確保調(diào)節(jié)閥正確合理應(yīng)用的根本和關(guān)鍵;錯誤的設(shè)計選型不僅影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且還可能威脅到整個工業(yè)生產(chǎn)過程的安全性。

　　目前，我國的核電機組所使用的調(diào)節(jié)閥大部分為氣動調(diào)節(jié)閥。由于氣動調(diào)節(jié)閥品種、規(guī)格繁多，故設(shè)計選型要求設(shè)計人員具備多專業(yè)的背景知識。而核電站工藝管道中介質(zhì)的理化性能千差萬別、工況參數(shù)復(fù)雜多變，與常規(guī)工業(yè)相比，核電站對氣動調(diào)節(jié)閥功能、環(huán)境、使用壽命、設(shè)備可用性及可靠性等方面的要求更為苛刻。這就使得核電氣動調(diào)節(jié)閥的選型難度與重要性更加凸顯出來。

1、氣動調(diào)節(jié)閥的選型

1.1、輸入條件及選型原則

　　氣動調(diào)節(jié)閥的選型需綜合考慮工況條件、調(diào)節(jié)要求、環(huán)境狀況、使用壽命、安裝維修以及性價比等因素。此外，以往工程的使用經(jīng)驗也在選配氣動調(diào)節(jié)閥的過程中發(fā)揮重要作用。

　　一般而言，氣動調(diào)節(jié)閥的選型所需的輸入條件包括以下幾個方面。

　　①工藝參數(shù)：它主要包括介質(zhì)類型、各工況下的上下游壓力及其對應(yīng)的流量要求、管路的設(shè)計溫度和壓力、閥門上下游的最大壓差等。如有較為惡劣的瞬態(tài)工況，還應(yīng)明確瞬態(tài)情況下的工況條件。

　�、诠に囅到y(tǒng)控制要求：它主要包括工藝系統(tǒng)對故障位置的設(shè)置要求以及基本調(diào)節(jié)要求之外的其他控制要求(如是否有快開或快關(guān)要求、是否需要設(shè)置電磁閥、是否有遠(yuǎn)程閥位指示要求、是否需要設(shè)置手輪等輔助裝置等)。

　　③過程連接方式(如法蘭連接、焊接等)及材質(zhì)要求。

　�、�密封及泄漏量的要求：從工藝系統(tǒng)設(shè)計的角度，明確對閥門泄漏率(內(nèi)漏)的要求;對于有毒、高溫高壓或放射性的介質(zhì)，或是當(dāng)工藝過程對密封性有較高要求時，還應(yīng)明確對填料函的要求，以防介質(zhì)外漏給運行的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟性造成的影響。

　�、莩叽缗c布置要求：考慮到現(xiàn)場安裝與維護(hù)，對外形尺寸提出限制要求。

　�、蕲h(huán)境條件：對安裝在易燃易爆區(qū)的閥門，應(yīng)當(dāng)考慮防爆要求。

　　⑦鑒定與分級：它主要包括閥門的RCCM制造規(guī)范等級、電氣附件的RCCE鑒定等級、抗震分級、防爆分級以及在設(shè)計基準(zhǔn)事故下的可用要求等。

　　⑧質(zhì)保與清潔度要求：根據(jù)介質(zhì)情況，明確質(zhì)保與清潔度的要求。

　�、崞渌�特殊要求。

1.2、氣動調(diào)節(jié)閥的選型過程

1.2.1、鑒定要求

　　對核級閥門而言，能夠滿足鑒定要求是閥門選型與應(yīng)用的最基本前提。在核級閥門選型時，應(yīng)首先依照《壓水堆核電站核島機械設(shè)備設(shè)計建造規(guī)則》(RCCM)、《壓水堆核電站核島電氣設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則》(RCCE)對閥門的鑒定等級、抗震分級以及設(shè)計基準(zhǔn)事故要求等進(jìn)行審查，以確保閥門滿足鑒定要求。對于不能滿足鑒定要求的閥門，閥門需通過鑒定或變更選型。

1.2.2、結(jié)構(gòu)形式的確定

　　調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的確定，應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)中的工藝條件(溫度、壓力、流量等)、工藝介質(zhì)的特性(如黏度、腐蝕性、有無顆粒、有無毒害等)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求(調(diào)節(jié)范圍、泄漏量、噪聲)、管系布置以及空間情況等因素綜合考慮。

　　一般而言，在流量、壓差和泄漏量小的場合，選擇單座調(diào)節(jié)閥即可滿足生產(chǎn)需要;套筒調(diào)節(jié)閥最適合應(yīng)用在介質(zhì)壓差和振動大的場合;蝶閥雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但調(diào)節(jié)性能和關(guān)閥密閉性能較差，一般適用于低壓差、大流量、泄漏量要求不高的場合，尤其適用于濃稠漿狀及含有顆粒介質(zhì)的情況。此外，角閥適用于高黏度、含懸浮物和顆粒狀流體的場合或要求用直角配管的地方;與普通的直通單座閥相比，角閥具有防堵性能好、流阻小以及流量系數(shù)比單座閥大等優(yōu)點。這幾種結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥在核電站中的應(yīng)用都較為普遍。

1.2.3、流量特性的選擇

　　調(diào)節(jié)閥的流量特性可表現(xiàn)為固有流量特性和工作流量特性。固有流量特性分為線性、等百分比(對數(shù))、拋物線和快開這幾種形式。在實際工況中，閥門的工作流量特性相對固有流量特性會存在一定的畸變。因此，在確定調(diào)節(jié)閥的流量特性時，還應(yīng)充分考慮畸變所帶來的影響。對串聯(lián)管道而言，壓降比(調(diào)節(jié)閥可控制的最大流量所對應(yīng)閥門進(jìn)出口差壓和系統(tǒng)差壓之比)越小，工作流量特性與固有流量特性偏差越大。目前，國內(nèi)核電站中應(yīng)用最多的是線性和等百分比這兩種形式。

　　調(diào)節(jié)閥的流量特性可以根據(jù)控制原理中的補償原理進(jìn)行選取，如根據(jù)壓降比、被控對象特性及負(fù)荷變化情況來選擇等;還可以根據(jù)以往類似工況經(jīng)驗，結(jié)合設(shè)備供貨商閥門的實際固有流量特性進(jìn)行選取。

1.2.4、閥門口徑的確定

　　閥門的流量系數(shù)與可調(diào)比是表征閥門流通、調(diào)節(jié)能力的重要參數(shù)，也是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一。由于工藝系統(tǒng)條件不同，在某些情況下要求閥門需要有較寬的調(diào)節(jié)范圍。目前，國產(chǎn)閥門的可調(diào)比一般為30。根據(jù)計算所得的流量系數(shù)、可調(diào)范圍，再結(jié)合生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品特性，就可以選擇合適的閥門口徑，以滿足工藝系統(tǒng)的設(shè)計需求。

1.2.5、電氣附件的選擇

　　氣動調(diào)節(jié)閥的電氣附件主要有電氣轉(zhuǎn)換器、定位器、限位開關(guān)、電磁閥等。在滿足過程控制要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)重點查驗這些附件的鑒定等級是否滿足要求。

　　近年來，智能電氣轉(zhuǎn)換定位器在普通工業(yè)用閥中占據(jù)的份額正在逐步增大。截止目前，智能電氣轉(zhuǎn)換定位器的核級鑒定尚未全部完成。國內(nèi)外目前只有FISHER的FIELDVUE硬件部分通過了鑒定試驗，軟件部分的鑒定試驗尚未完成。因此，在目前國內(nèi)的核電機組中，有核級鑒定要求的閥門使用的仍然是“電氣轉(zhuǎn)換器+定位器”。

　　此外，對于有K1級鑒定要求的限位開關(guān)，還應(yīng)關(guān)注其自帶電纜是否隨開關(guān)本體一同通過了K1級質(zhì)量鑒定，以確保其能滿足高溫高濕情況下的密封要求。

1.2.6、其他細(xì)化設(shè)計

　　在完成了上述初步選型與計算步驟之后，還應(yīng)當(dāng)針對管路設(shè)計及工藝系統(tǒng)調(diào)節(jié)的具體要求，進(jìn)行以下細(xì)化設(shè)計。

　�、俨馁|(zhì)的選擇：調(diào)節(jié)閥承壓部件的材質(zhì)應(yīng)充分考慮到介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕性，起節(jié)流作用的閥內(nèi)組件則應(yīng)具有良好的耐腐蝕和耐沖刷性。核級閥門的材質(zhì)應(yīng)能滿足RCCM的相關(guān)要求。

　�、谠O(shè)計應(yīng)保證調(diào)節(jié)閥能夠滿足工藝系統(tǒng)的控制要求，如閥門的氣開、氣閉性，閥門的氣路以及執(zhí)行機構(gòu)動作等方面的要求。

　�、坶y門的內(nèi)漏與外漏均需滿足工藝系統(tǒng)設(shè)計要求。為解決閥門的外漏問題，在核電站中有一種特殊型式的填料函結(jié)構(gòu)，即雙填料的密封方式。雙填料密封組件有上下兩組串聯(lián)的閥桿填料，主要用于高壓介質(zhì)，或介質(zhì)放射性較高、需防止介質(zhì)外泄的場合，也可用于高真空。在國內(nèi)核電機組中，波紋管密封及雙填料帶引漏的密封方式都有較多的應(yīng)用。

　�、芎藢嶉y門的連接方式與外形尺寸是否滿足現(xiàn)場要求。

　　⑤關(guān)閉壓差與允許壓差：在選擇執(zhí)行機構(gòu)作用力時，應(yīng)重點考慮閥芯全關(guān)時的壓差。所選閥門的最大允許壓差應(yīng)大于關(guān)閉壓差，以防止出現(xiàn)“關(guān)不死”或“打不開”的現(xiàn)象。

　�、奁�蝕與閃蒸：閥門的設(shè)計應(yīng)避免汽蝕和閃蒸的發(fā)生，必要時可采用抗汽蝕或抗閃蒸的結(jié)構(gòu)。

　　⑦噪聲：在自控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是最大的噪聲源。當(dāng)噪聲超過有關(guān)規(guī)定時(一般為85dB)，應(yīng)考慮采用低噪聲結(jié)構(gòu)。

　�、嗫删S修性與性價比。