介紹了核級閥門試驗系統(tǒng)的設(shè)計、建造、功能、運行及系統(tǒng)熱量衡算。通過核級閥門試驗系統(tǒng)建設(shè)，對新研閥門進(jìn)行功能性驗證試驗，可提高閥門研發(fā)能力、技術(shù)性能及可靠性。

1、概述

　　核級閥門試驗系統(tǒng)是為核級閥門功能驗證和鑒定提供條件保障，通過核級閥門試驗系統(tǒng)進(jìn)行閥門鑒定試驗，以驗證閥門在整個壽期內(nèi)的安全性和可靠性。按ASME 及國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，新研核級閥門需進(jìn)行鑒定試驗，包括殼體強度試驗、閥瓣耐壓試驗、密封性能試驗、動作性能試驗、閥門流阻系數(shù)測試、冷、熱態(tài)循環(huán)試驗、全壓差下閥門冷態(tài)啟閉和熱態(tài)啟閉試驗、冷、熱態(tài)壽命試驗、冷、熱態(tài)交變試驗、傾斜狀態(tài)下性能試驗、LOCA 環(huán)境鑒定試驗、流體阻斷試驗等。核級閥門試驗均需要在核級閥門試驗系統(tǒng)上完成。隨著核電工業(yè)的迅速發(fā)展，核級閥門種類多、數(shù)量大，要求在復(fù)雜系統(tǒng)和各種工況條件下能可靠動作。因此對于安全方面起重要作用的閥門，在可能范圍內(nèi)，在試驗回路上進(jìn)行模擬閥門運行狀態(tài)試驗，以驗證閥門的安全性和可靠性。

2、技術(shù)參數(shù)

　　工作壓力(最高) ：17.2MPa

　　工作溫度(最高)： 343℃

　　工作介質(zhì)：去離子水

　　公稱直徑(主管道) ：100 mm

　　最大流量：110t/h

3、試驗系統(tǒng)

　　3.1、系統(tǒng)構(gòu)成

　　核級閥門試驗系統(tǒng)為模塊化設(shè)計系統(tǒng)，是由循環(huán)泵、電加熱器、耐壓水箱、加壓泵、管道過濾器、冷卻器、穩(wěn)壓器、節(jié)流孔板、儀控設(shè)備、高壓氮氣瓶、系統(tǒng)臺架、各類閥門、彎頭三通及無縫鋼管等組成。穩(wěn)壓器上設(shè)有溫度、壓力及液位測點，以監(jiān)測試驗過程中穩(wěn)壓器的運行狀態(tài)。耐壓水箱設(shè)置了液位變送器，監(jiān)測水箱液位。在試驗回路的相關(guān)地方設(shè)置壓力表、流量計及測溫元件，監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中的各項參數(shù)。

　　核級閥門試驗系統(tǒng)設(shè)計為可移動式臺架，臺架分為上下兩層，其所有設(shè)備固定在系統(tǒng)自身的矩形鋼結(jié)構(gòu)臺架中，可實現(xiàn)整體吊裝。該回路主體框架采用矩形鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，矩形鋼結(jié)構(gòu)桁架為型鋼焊接而成。臺架地面鋪設(shè)不銹鋼花紋板。給排水設(shè)施及所有配電、控制線纜、信號線纜設(shè)置於臺架地面之下。整個系統(tǒng)設(shè)備布置緊湊、合理，便于安裝、操作及保養(yǎng)維修。

　　3.2、系統(tǒng)工藝流程

　　核級閥門試驗系統(tǒng)在滿足總體技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，運行穩(wěn)定可靠，配合不同的試驗段接口，可完成閘閥、截止閥、截止止回閥、止回閥、球閥及蝶閥等不同閥類的功能鑒定試驗。工藝流程見圖1。

圖1 核級閥門試驗系統(tǒng)工藝流程

　　3.3、試驗回路功能

　　核級閥門試驗回路為閉式循環(huán)系統(tǒng)�；芈分醒�環(huán)泵提供的額定循環(huán)流量為110m³/h，循環(huán)泵由變頻器實施調(diào)速來調(diào)節(jié)流量變化。穩(wěn)壓器內(nèi)置加熱元件，由可編程控制器PLC 調(diào)功器進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓器充裝氮氣穩(wěn)壓。系統(tǒng)的溫度壓力與穩(wěn)壓器水位值呈對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)回路中溫度升高時，壓力和水位亦相應(yīng)升高。反之壓力和水位則相應(yīng)降低。系統(tǒng)正常運行時，對回路參數(shù)的調(diào)節(jié)只是對回路溫度的調(diào)節(jié)，即對加熱元件投入功率大小的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)功能由計算機系統(tǒng)完成，能夠使回路的溫度和壓力控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

　　試驗回路設(shè)有超溫保護(hù)、超壓保護(hù)及用電設(shè)備故障保護(hù)等功能，以及系統(tǒng)報警和急停功能。試驗回路在升溫升壓過程中設(shè)有現(xiàn)場手動控制模式和自動控制模式。實現(xiàn)升溫、升壓過程中升壓速率與升溫速率、電加熱功率調(diào)節(jié)和循環(huán)泵流量調(diào)節(jié)的自動控制。

　　計算機操作系統(tǒng)有良好的人機界面，可實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)并記錄存儲數(shù)據(jù)。隨時查閱時間與溫度曲線、時間與壓力曲線、壓力與溫度曲線，并設(shè)置壓力- 飽和溫度控制程序，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

　　① 實時監(jiān)控顯示試驗回路系統(tǒng)總貌畫面、準(zhǔn)備畫面、報警總貌畫面、參數(shù)顯示和設(shè)定畫面、閥門狀態(tài)畫面、控制回路畫面、實時趨勢畫面和歷史記錄畫面等，實現(xiàn)對試驗臺運行過程的實時控制及對設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)視。

　�、� 人工干預(yù)指令實現(xiàn)試驗回路設(shè)備的手動控制。

　�、� 實時/歷史趨勢曲線顯示試驗回路所有工藝參數(shù)的實時趨勢曲線，并可存儲歷史趨勢曲線或?qū)②厔萸�線打印輸出。

　�、� 故障報警管理實現(xiàn)故障報警的實時控制及管理，可將故障事件報表打印輸出。

　�、� 故障診斷通過對標(biāo)簽變量及PLC I/O 點狀態(tài)的監(jiān)控，實現(xiàn)快速故障診斷。

　�、� 安全管理通過對HMI 的操作、管理及系統(tǒng)維護(hù)分別設(shè)置不同權(quán)限的安全密碼，從而實現(xiàn)分層次的安全管理。

　�、� 操作指導(dǎo)將試驗回路相關(guān)運行工藝數(shù)據(jù)以數(shù)字或圖形畫面的形式提供，用于試驗回路運行作業(yè)的工藝操作指導(dǎo)，操作中可以通過HMI 界面的參數(shù)設(shè)定功能輸入某些無法直接從現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)及部分人工設(shè)定值，并可根據(jù)試驗作業(yè)需要隨時修改上述設(shè)定值。

　　3.4、系統(tǒng)運行

　　被試閥門裝入試驗系統(tǒng)后，利用耐壓水箱出口管和加壓泵對試驗回路和穩(wěn)壓器進(jìn)行充水放氣，全開電動節(jié)流閥以排盡系統(tǒng)空氣，并使穩(wěn)壓器處于水實體狀態(tài)。充水放氣完成后，啟動循環(huán)泵循環(huán)回路。根據(jù)運行需要啟動電加熱器對回路加熱，全開電動節(jié)流閥，循環(huán)電加熱器產(chǎn)生的熱量。當(dāng)回路升溫速率大于2℃ /min 時，控制系統(tǒng)發(fā)出報警，手動操作關(guān)閉加熱器以控制升溫速率，降低升溫過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。當(dāng)回路壓力、溫度滿足試驗要求時，穩(wěn)壓器液位穩(wěn)定在2 /3 時，即可對被試閥進(jìn)行各項試驗。在試驗過程中，對回路溫度和壓力自動控制。當(dāng)回路溫度高于設(shè)定溫度2℃或低于設(shè)定溫度2℃時，控制室發(fā)出高報或低報并自動運行電加熱器功率。當(dāng)回路壓力高于設(shè)定值0.2MPa 時，控制室發(fā)出高報。當(dāng)回路壓力低于設(shè)定值0. 2MPa 時，控制室發(fā)出低報�；芈穳毫σ部赏ㄟ^電動節(jié)流閥進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。真空技術(shù)網(wǎng)（http://www.mp99x.cn/）認(rèn)為若試驗系統(tǒng)溫度、壓力超過設(shè)定試驗值，或需進(jìn)行冷熱交變試驗時，可通過冷卻器對回路進(jìn)行降溫、降壓。

　　閥門試驗完成后，關(guān)閉所有加熱器，維持循環(huán)泵運行。利用冷卻器對回路進(jìn)行降溫、降壓。降溫速率可通過冷卻器出口調(diào)節(jié)閥和冷卻水量來控制。當(dāng)系統(tǒng)溫度接近常溫常壓時，打開回路排氣閥和疏水閥，對回路進(jìn)行疏水。疏水結(jié)束后，拆除被試閥，對回路進(jìn)行干保養(yǎng)，已備下次進(jìn)行試驗。

　　3.5、清潔

　　為滿足核級閥門清潔度的要求，在試驗回路設(shè)計上充分考慮盡量減少縫隙、氣室、盲孔、不易排空的腔室、清洗溶液或其他污物的滯留。管路及設(shè)備均采用奧氏體不銹鋼材料，在系統(tǒng)的高點設(shè)排氣孔，低點設(shè)排水孔。

5、結(jié)語

　　通過核級閥門試驗系統(tǒng)，可完成核島和常規(guī)島中使用冷卻劑或其他高溫液體為介質(zhì)的閥門功能試驗項目。核級閥門試驗回路建設(shè)，將使配套關(guān)鍵閥門及其他核級閥門研發(fā)能力、產(chǎn)品技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性方面有很大提高。能滿足核級閥門產(chǎn)品的功能性試驗，同時具備科研項目及核級閥門樣機鑒定試驗的要求。