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核安全級(jí)閥門的試驗(yàn)研究

文檔作者：楊偉1 王明珊2 魏彥學(xué)1 賈安迅1 張景艷1 潘明旭3 文檔來源： 1沈陽盛世高中壓閥門有限公司 2核物理與化學(xué)研究所3東北林業(yè)大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月08日
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文章編號(hào): 100225855 (2010) 0220014203
作者簡介:楊偉(1955 - )男,遼寧沈陽人,工程師,從事閥門工藝設(shè)計(jì)、營銷及營銷管理工作。
核安全級(jí)閥門的試驗(yàn)研究
楊　偉1 ,王明珊2 ,魏彥學(xué)1 ,賈安迅1 ,張景艷1 ,潘明旭3
(11沈陽盛世高中壓閥門有限公司,遼寧沈陽110142; 21核物理與化學(xué)研究所,四川綿陽621900;
31東北林業(yè)大學(xué),黑龍江哈爾濱150000)
　　摘要　介紹了核安全2級(jí)和3級(jí)鈉截止閥和止回閥樣機(jī)的壽命試驗(yàn)和抗地震試驗(yàn)方法。
　　關(guān)鍵詞　反應(yīng)堆;安全;閥門;抗震試驗(yàn)
　　中圖分類號(hào): TH134　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
Test and study of nuclear safety va lves
YANG W ei1 ,WANG M ing2shan2 ,W EI Yan2xue1 , J IA A n2xun1 , ZHANG J ing2yan1 , PAN M ing2xu3
(11Shenyang Shengshi H igh&amp;amp;m edium p ressure va lve co1, L td1, Shenyang 110142, China;
21Ins titute of nuc lea r phys ics and chem is try,M ianyang 621900, China;
31N ortheast Fores try U niversity, Ha rbin 150000, China)
Abstract: In trodcing the m ethods of the life test and ea rthquake2res is tant test on nuclea r safety 2E 3E
check valve and cut2off p rototypes w ith sodium.
Key words: nuc lear reac tor; safety; valve; earthquake2resistant tes t
1　概述
隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展,核能作為清潔能
源已得到世界各國的公認(rèn),并爭相發(fā)展。我國出臺(tái)
的有關(guān)能源規(guī)劃表明,從2010～2020年,中國將新
建核電站31座,核電裝機(jī)容量達(dá)到4 000萬kW,核
電比重由現(xiàn)在的1169%提升到4%。這也標(biāo)志著核
電將在中國未來的電力發(fā)展中扮演更重要的角色。
閥門是核電裝置中的安全附件之一,其作為流體介
質(zhì)管路傳輸中的重要控制設(shè)備,功能性是否滿足要
求直接關(guān)系到整個(gè)核設(shè)施的安全。本文以用于中國
實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR)的核安全2級(jí)鈉截止閥(DN40 - T
形、DN40 - Z形)和止回閥(DN40 - T形)為例,介紹
該產(chǎn)品壽命試驗(yàn)和抗地震試驗(yàn)的方法。
2　參照標(biāo)準(zhǔn)
CEFR的核安全2 級(jí)鈉截止閥(DN40 - T形、
DN40 - Z形)和止回閥(DN40 - T形)在制造過程中
遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范如下。
ASME BPV - Ⅲ - 1 - 95 ND級(jí)設(shè)備
ASME BPV - Ⅱ - 95 材料技術(shù)條件
ASME BPV - Ⅴ - 95 無損檢驗(yàn)
HAF0902 - 95 民用核承壓設(shè)備無損檢驗(yàn)人員
培訓(xùn)、考核和取證管理辦法
GB 911511 - GB9115126 - 88 對(duì)焊鋼制管法蘭
GB 12221 - 2005 金屬閥門結(jié)構(gòu)長度
3　試驗(yàn)
311　壽命試驗(yàn)
核級(jí)閥門設(shè)計(jì)使用壽命為40年。閥門按EJ /T
1022111標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了機(jī)械磨損、熱老化和輻照老化
等相關(guān)試驗(yàn)。
(1)機(jī)械磨損試驗(yàn)
機(jī)械磨損試驗(yàn)是驅(qū)動(dòng)裝置加載情況下(相當(dāng)于
與閥門連接帶動(dòng)閥門開或關(guān)時(shí)所受到的力) , 經(jīng)
2 000次循環(huán)動(dòng)作試驗(yàn)。試驗(yàn)后,驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)正
常。
(2)熱老化試驗(yàn)
熱老化試驗(yàn)是試驗(yàn)過程中,驅(qū)動(dòng)裝置經(jīng)過2 000
次連續(xù)循環(huán)操作,并在加載情況下進(jìn)行。驅(qū)動(dòng)裝置
置于干燥空氣中加熱至135℃,試驗(yàn)950h。
(3)輻照老化試驗(yàn)
輻照老化試驗(yàn)前,驅(qū)動(dòng)裝置在加載情況下,完成
— 14 — 　　　　　　　　　　　　　　　　閥　　　門　　　　　　　　　　　　　　2010年第2期
所要求的機(jī)械磨損老化試驗(yàn)操作循環(huán)次數(shù)的5%。
輻照試驗(yàn)在干空氣中進(jìn)行,溫度為70 ±3℃,γ射線
累計(jì)輻照劑量為250kGy。輻照試驗(yàn)前,閥門應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)
靈活、密封性能符合要求。輻照試驗(yàn)后再重復(fù)進(jìn)行
動(dòng)作試驗(yàn)和密封試驗(yàn)等,其結(jié)果應(yīng)和輻照前保持一
致。
312　抗地震試驗(yàn)
抗地震試驗(yàn)是為滿足核電站閥門設(shè)備的需要,
按照IEEE 344、GB 13625《核電廠安全系統(tǒng)電氣設(shè)
備抗震鑒定》和HAFJ 0053《核設(shè)備抗震鑒定試驗(yàn)指
南》的要求進(jìn)行?？拐鹪囼?yàn)的項(xiàng)目有測試閥門的自
震頻率與阻尼比、五次OBE地震反應(yīng)考核試驗(yàn)、一
次SSE地震反應(yīng)考核試驗(yàn)和性能試驗(yàn)。
模擬地震振動(dòng)臺(tái)的震動(dòng)方向?yàn)閄、Y、Z三方向
六自由度,最大加速度為X方向= ±410g、Y方向= ±
210g、Z方向= ±410g。頻率范圍為011～100Hz。
　　試驗(yàn)時(shí),樣機(jī)閥門安裝在剛性底座上(圖1) ,剛
性底座與振動(dòng)臺(tái)面之間采用螺母固定。與閥門垂直
方向?yàn)檎駝?dòng)臺(tái)激勵(lì)的X方向,與此垂直的方向?yàn)閅
方向,豎向?yàn)閆方向。
圖3　SSE地震試驗(yàn)Z方向臺(tái)面加速度
時(shí)程反應(yīng)譜對(duì)要求譜的包絡(luò)
　　(1)動(dòng)態(tài)特性探查試驗(yàn)
閥門進(jìn)出口方向( Y 向) 的固有頻率為
24142Hz,在垂直于進(jìn)出口方向(X)的固有頻率為
13166Hz,在垂向( Z)的固有頻率74170Hz。
　　(2)OBE地震試驗(yàn)
5次OBE試驗(yàn)中,臺(tái)面X、Y、Z方向輸入速度加
2010年第2期　　　　　　　　　　　　　　　　　閥　　　門　　　　　　　　　　　　　　　　　—　1　5 　—　　　　
速度為圖2所示(在此僅以X方向?yàn)榇?加速度
曲線的0165倍,其中任意兩條曲線的相關(guān)系數(shù)均小
于012,且強(qiáng)震部分大于10 s,三方向幅度幅值分別
為01709g、01741g和01676g,大于對(duì)應(yīng)的要求譜的
零周期加速度0149g、0159g、0152g。圖3給出了X
方向加速度輸入的時(shí)程反應(yīng)譜與要求反應(yīng)譜(試驗(yàn)
設(shè)定譜) 的包絡(luò)情況(OBE 的譜值為圖示譜值的
0165倍) ,臺(tái)面加速度的反應(yīng)譜能完全包絡(luò)要求的
反應(yīng)譜。5次OBE試驗(yàn)測量結(jié)果有很好的重復(fù)行。
第5次OBE試驗(yàn)中閥體上部法蘭處的加速度
響應(yīng)示于圖2,加速度的最大幅值列于表1中。由
圖可見,支撐法蘭處加速度計(jì)在閥門開的過程中受
電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的影響,曲線上有接近于9 s的時(shí)間段響應(yīng)
幅值較大。在試驗(yàn)中第5次OBE試驗(yàn)中閥體驅(qū)動(dòng)
裝置機(jī)構(gòu)上部的加速度時(shí)程示于圖4,加速度的最
大幅值列于表1中。
表1　OBE和SSE試驗(yàn)中加速度測量結(jié)果
物理量位置編號(hào)
OB E
1 2 3 4 5
SSE
加速度/ g
驅(qū)動(dòng)機(jī)
構(gòu)上部
臺(tái)面
X 11658 11698 11721 11669 11669 21897
Y 11581 11451 11395 11366 11525 21446
Z 11051 11078 11202 11118 11121 11719
X 01709 1109
Y 01741 1114
Z 01676 1104
　　5 次OB E 試驗(yàn)中閥門的最大應(yīng)力分別為
1918M Pa、21132M Pa、21172M Pa、21141M Pa 和
21156M Pa, 出現(xiàn)在閥門的閥體支撐懸臂的根部
(應(yīng)變測點(diǎn)1) 。每次OB E試驗(yàn)中閥門均能在9s內(nèi)
完成開關(guān)操作, 未發(fā)現(xiàn)泄漏。
(3) SSE地震試驗(yàn)
SSE試驗(yàn)中臺(tái)面的X、Y、Z三向地震時(shí)程以
X向?yàn)槔鐖D2所示, 它們的反應(yīng)譜與各自要求反
應(yīng)譜的包絡(luò)情況見圖3, 三方向加速度幅值分別為
1109g、1114g和1104g, 大于對(duì)應(yīng)的要求譜的零周
期加速度0176g 、0191g、0180g。臺(tái)面加速度的反
應(yīng)譜完全包絡(luò)要求的反應(yīng)譜。三方向臺(tái)面加速度的
功率譜密度( PSD ) 見圖5, 它們均能包絡(luò)由對(duì)應(yīng)
的要求反應(yīng)譜計(jì)算得到的PSD 80%的曲線。閥體驅(qū)
動(dòng)機(jī)構(gòu)上部的加速度幅值見表1。閥體支撐懸臂根
部最大應(yīng)力為44100M Pa。
試驗(yàn)中和試驗(yàn)后閥門均能在9s內(nèi)完全開關(guān)操
作。閥體結(jié)構(gòu)未見損壞。試驗(yàn)后對(duì)閥門在112 M Pa
壓力下保壓15m in, 未見任何泄漏, 密封完好。閥
門的外觀檢查未見變形損壞。
(4) 試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)后閥門結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性Y向的固有頻率
為23168Hz, X向固有頻率13166Hz, 在垂向Z的
固有頻率為75147Hz。
313　其他試驗(yàn)
在試驗(yàn)的質(zhì)量檢驗(yàn)工作中進(jìn)行了材料成分、機(jī)
械性能, 沖擊韌性、焊接、熱處理、無損檢驗(yàn)、外
觀和尺寸等檢驗(yàn), 及殼體水壓試驗(yàn)和密封試驗(yàn), 防
腐蝕、清洗和清潔度保持等系列工作。
4　結(jié)語
CEFR的核安全2級(jí)Z形鈉截止閥經(jīng)過2 000
次循環(huán)動(dòng)作試驗(yàn)、老化試驗(yàn)和輻照試驗(yàn)符合要求。
抗地震考核試驗(yàn)結(jié)果表明, 按照中國原子能院提供
的樓層反應(yīng)譜進(jìn)行的5次OB E地震反應(yīng)考核試驗(yàn)
和1 次SSE 地震反應(yīng)考核試驗(yàn), 試驗(yàn)過程中X、
Y、Z三方向的臺(tái)面加速度反應(yīng)譜, 包絡(luò)了試驗(yàn)要
求的反應(yīng)譜。在所進(jìn)行的OB E和SSE地震反應(yīng)考
核試驗(yàn)過程中和試驗(yàn)結(jié)束后, 樣機(jī)外形結(jié)構(gòu)及外觀
沒有裂紋, 支耳和驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)正常, 配對(duì)法蘭及
法蘭配件(螺釘、螺母及墊片) 沒有松動(dòng)或脫落
等不正?，F(xiàn)象。核級(jí)閥門(樣機(jī)) 在設(shè)計(jì)使用壽
命期限內(nèi), 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活, 密封性能符合要求。對(duì)于類
型相同, 尺寸小于經(jīng)過抗地震試驗(yàn)(抗震指標(biāo)相
同) 的閥門可以沿用此試驗(yàn)結(jié)果。另外同等類型
尺寸一致的閥門, 如果已經(jīng)過抗地震試驗(yàn), 并且其
抗震指標(biāo)要求低, 可進(jìn)行對(duì)照分析, 也同樣可借薦
使用, 以減少經(jīng)費(fèi)投入。
參考文獻(xiàn)
〔1〕　IEEE 344 - 87, 核電廠1E級(jí)設(shè)備抗震鑒定的推薦實(shí)施方法
〔S〕.
〔2〕　HA F 0400 - 91, 核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定〔S〕.
(收稿日期: 2009112101)
— 16 — 　　　　　　　　　　　　　　　　閥　　　門　　　　　　　　　　　　　　2010年第2期

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