總結(jié)了我國現(xiàn)有核電站閘閥使用的實踐經(jīng)驗，分析了閘閥外漏的原因，提出了技術(shù)性的預(yù)防措施和制造及使用過程中應(yīng)采取的外漏預(yù)防措施。

1、概述

　　閥門分布于核電站的各回路控制系統(tǒng)中，對核電站的安全性起到極為重要的作用。目前，我國核電站使用的閥門中，球閥、蝶閥、截止閥、止回閥和隔膜閥等閥門基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化，外漏預(yù)防措施較為完善。閘閥口徑較大，主要使用在反應(yīng)堆主回路系統(tǒng)(RCP)、化學(xué)和容積控制系統(tǒng)(RCV)、安全注入系統(tǒng)(RIS)和安全殼噴淋系統(tǒng)(EAS)等重要系統(tǒng)，大部分工作介質(zhì)是帶有放射性的液體，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為其工作溫度、工作壓力和安全等級較高，在核電廠中起著不可或缺的作用。長期以來，重要閘閥主要依賴于進口。

　　本文通過分析國外先進的核電閘閥技術(shù)和我國現(xiàn)有核電站閘閥使用的實際情況，提出了針對性的預(yù)防措施，以降低核電運行中發(fā)生閘閥外漏的風(fēng)險。

2、分析

　　閘閥是一種截斷閥，啟閉件閘板的運動方向與流體方向垂直，閘閥只能作全開和全關(guān)，不能作調(diào)節(jié)和節(jié)流。閘閥的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，一般由閥體、閥蓋、閘板、閥座、閥桿、填料、螺柱、螺母、止動墊片以及相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)組成(圖1)。

圖1　核級電動閘閥

　　閥門的外密封部位主要有填料與閥桿和填料函的配合處及閥體與閥蓋的中法蘭連接處，主要涉及的部位包括閥體、閥蓋、中法蘭的連接位置和閥桿密封處(表1)。閥門出現(xiàn)外漏，即介質(zhì)從閥內(nèi)泄漏到閥外。核級閥門發(fā)生外漏，則意味著有帶有放射性的介質(zhì)將會釋放到環(huán)境中，而這是核電站設(shè)計所不允許的。因此，在核電站的安全預(yù)防中，設(shè)備設(shè)計中應(yīng)盡可能避免放射性介質(zhì)外部泄漏的可能性。

表1　閘閥外漏部位及原因

3、預(yù)防閘閥外漏的技術(shù)措施

　　3.1、閥體

　　閥體外漏的主要原因是閥門生產(chǎn)過程中鑄造或鍛造缺陷所引起的，如砂眼、氣孔及裂紋等。在設(shè)計和生產(chǎn)過程中，主要通過選材和加強材料檢驗預(yù)防閥體外漏。

　　(1)選用材料。目前，核電站中常用的閥體材料有RCC-M規(guī)定的材料，如Z3CN20-09M(不銹鋼鑄件)、Z3CND19-10M(不銹鋼鑄件)、Z2CN19-10NS(不銹鋼鍛件)、Z2CND18-12NS(不銹鋼鍛件)、Z2CN18-10(不銹鋼鍛件)、Z2CND17-12(不銹鋼鍛件)和20MN5M(碳鋼鑄件)等。鑄件材料是可以選用的材料，但由于鑄件在生產(chǎn)制造過程中缺陷較多，有些細小裂紋也可能在核電站的運行過程中發(fā)生蠕變變形等。鍛造閥體消除了內(nèi)部缺陷和裂紋，具有更好的耐應(yīng)力和抗晶間腐蝕特性，材料的晶間結(jié)構(gòu)均勻，可靠性較高。在核電站的設(shè)計中，高溫高壓的閘閥應(yīng)選用鍛造閥體。

　　(2)閥體材料檢驗。在核電站中使用的閘閥材料需要通過先進的設(shè)備、科學(xué)的方法進行檢測，發(fā)現(xiàn)閥體和閥蓋等承壓元件上的細微缺陷。目前，對于材料的檢驗手段一般為射線檢驗、超聲波檢驗和液體滲透檢驗等，并且要由擁有這些檢驗合格證書的人員進行操作檢驗。在檢驗過程中，要對閘閥材料進行逐一檢驗，而不是采用抽檢的方式。

　　3.2、中法蘭連接

　　中法蘭螺栓連接是核島中閘閥閥體與閥蓋連接的主要形式。閘閥用于高溫高壓的環(huán)境，在核電站停堆換料等過程中閥門將被冷卻，在這種溫度不斷變換的條件下，可能會發(fā)生泄漏。發(fā)生泄漏的原因與中法蘭墊片失效和螺栓、螺母松動有關(guān)。因此，在閥門的設(shè)計過程中對這些因素進行考慮，選用滿足核電要求的有資質(zhì)并經(jīng)過試驗驗證的墊片，選用滿足RCC-M要求的螺栓、螺母，并增加止動墊片，保證螺母不會松動。閘閥閥體和閥蓋中法蘭密封失效的特殊的補救措施為唇邊焊(圖2)，應(yīng)保證唇邊能夠進行3次切割。唇邊焊只是在發(fā)生外漏事故時的一種備用手段，只在緊急情況下使用。

圖2　帶有焊接密封唇的閥體與閥蓋連接

　　3.3、閥桿密封

　　(1)填料和碟形彈簧

　　閘閥的閥桿與閥蓋密封填料的壓緊力需要計算確定。壓緊力過大或過小都不能滿足要求。在設(shè)計閥桿密封結(jié)構(gòu)時應(yīng)合理確定填料層數(shù)、填料壓緊力和填料尺寸，并對加工過程中的尺寸公差給出嚴格的范圍，且在加工過程中有據(jù)可查并且要嚴格執(zhí)行。選用填料時，不僅要考慮工作溫度，還要考慮填料的摩擦對控制過程所造成的影響、介質(zhì)放射性對填料壽命的影響等，并且選用滿足核電要求的有資質(zhì)并經(jīng)過試驗驗證的專用填料材料。

　　由于填料的磨損和熱燒損，將會出現(xiàn)應(yīng)力松弛的現(xiàn)象，彈簧加載是補償應(yīng)力松弛的有效方法，如在填料壓蓋上加載碟形彈簧(圖3)�？梢酝ㄟ^碟形彈簧的作用，調(diào)節(jié)填料的壓緊程度，補償填料的變形，從而提高填料的密封自調(diào)節(jié)能力，改善密封性能。

　　(2)引漏管

　　在核電站閥門設(shè)計中，特別是對于介質(zhì)帶放射性的閥門，為了預(yù)防在填料處發(fā)生外漏，并將可能的泄漏集中收集，采用在填料的中間位置加上引漏管(圖4)的方式。這種形式的填料由3部分構(gòu)成，上部和下部由若干層起密封作用的非金屬填料疊放組成，中間設(shè)置金屬“燈籠”環(huán)。“燈籠”環(huán)處有環(huán)形空間可以滯留和收集從下部填料來的泄漏介質(zhì)。在“燈籠”環(huán)處的閥蓋上打孔并焊接一引漏管，用于將泄漏介質(zhì)從引漏管導(dǎo)出到收集疏排水的回收系統(tǒng)。引漏管的設(shè)計相當于在填料設(shè)計時增加了一個防護方式。當介質(zhì)在壓力作用下沿填料向上，到達中間“燈籠”環(huán)位置時，壓力降低，且由于引漏管處壓力幾乎為0，促使介質(zhì)從引漏管處流出，而不再繼續(xù)往上層填料處流動，從而避免了介質(zhì)繼續(xù)沿閥桿向上方外漏。從引漏管處流出的介質(zhì)通過核電廠疏水排氣系統(tǒng)管道進行收集，并經(jīng)過三廢處理系統(tǒng)進行處理。

圖3　填料壓蓋帶有碟形彈簧

圖4　閥蓋上帶有引漏管

　　(3)上密封

　　上密封由閥蓋孔與閥桿頭部接觸部位組成。上密封也是防止介質(zhì)從閥桿密封處發(fā)生外漏的一種措施。當上密封完全接觸時，要求的泄漏量極小，不超過0.04cm3/(td)，式中d為閥桿直徑，mm;t為時間，h。上密封不得依賴于系統(tǒng)壓力即可達到規(guī)定的密封性能。上密封應(yīng)具有使閥桿承受全系統(tǒng)壓力的能力。一般情況下不使用上密封，只有當閘閥填料發(fā)生外漏時，才投入使用，從而保證閘閥可以運行到換料期間，而從閥桿填料位置沒有大量工作介質(zhì)漏出，或者可以保證在核電廠運行期間更換填料而減小輻射劑量。

　　電動閘閥的開啟點不設(shè)置在閥門全開的位置，設(shè)置點不與閥蓋接觸，稍微留有一定的裕量。這樣設(shè)置的目的是為避免由于電動頭的工作精度以及其他零部件相互配合的工作精度問題造成電動頭行程開關(guān)尚未動作而閥門上密封已接觸的情況，導(dǎo)致對上密封或閥蓋的沖擊破壞，從而影響閥門的正常使用壽命。當電動閥門需要使用上密封時，通過電動裝置的手輪進行手動操作。

　　在核電站中用于高溫高壓的閘閥，一般上密封的密封面上也采用堆焊司太立硬質(zhì)合金的方式，這樣可以增加上密封的使用壽命。

4、制造與使用中預(yù)防外漏的措施

　　4.1、制造過程

　　閘閥的生產(chǎn)過程應(yīng)具備健全的質(zhì)量保證體系，加強生產(chǎn)管理，在制造完成后進行試驗檢驗。閘閥出廠針對外漏進行的試驗有殼體強度試驗、上密封試驗和閥桿密封實驗。

　　(1)殼體強度試驗必須在閥門涂漆之前進行。試驗時，閥門處于開啟狀態(tài)，試驗壓力為1.5倍的閥門的最大許用壓力，保壓時間為10min或6min(每厘米最小壁厚)之中的較大值。

　　(2)上密封試驗時，閥門處于上密封狀態(tài)，填料壓蓋處于松弛狀態(tài)，試驗壓力為1.0倍的最大許用壓力。保壓時間不少于10min。驗收標準為泄漏量不超過0.04cm3/(td)。

　　(3)閥桿密封試驗時，閥門處于半開啟狀態(tài)，填料壓蓋以推薦的力矩壓緊，試驗壓力為1.0倍的最大許用壓力。DN≤100時，保壓時間至少5min。DN>100時，保壓時間至少15min，中間引漏管處的泄漏量不允許超過0.04cm3/(td)，其余處不允許有泄漏。

　　4.2、使用過程

　　在核電站的運行調(diào)試階段，進行水壓試驗，通過試驗確保設(shè)備的功能滿足要求，在此過程中檢查確保閘閥無外漏。在核電站運行階段，根據(jù)在役檢查大綱要求，在計劃停堆期間對閘閥進行檢查并定期更換閘閥的填料。通過定期檢查和更換填料，及時發(fā)現(xiàn)和消除外漏隱患，確保核電站的安全。

5、結(jié)語

　　隨著我國核電站的大力發(fā)展，以及機械加工制造能力的提高，閘閥的國產(chǎn)化是一種必然趨勢。通過分析閘閥外漏的關(guān)鍵原因，及采用相應(yīng)的預(yù)防措施，為核電站閘閥國產(chǎn)化提供一些技術(shù)參考。