核电阀门的试验鉴定

1、概述

　　目前二代加压水堆核电站核岛共有阀门12000余台(含2个机组、不包括仪表阀) ,其中的核级阀门6200余台应根据规范要求进行鉴定,鉴定方法有试验鉴定、分析鉴定、分析与试验相结合,本文主要讨论按ASME QME-1: 2002对能动阀门进行试验鉴定的细节。能动阀门是指在关闭反应堆至冷停堆状态的过程中或在减轻假想事件后果方面,即在完成系统安全功能的过程中,必须完成机械动作,以执行规定的安全功能。非能动阀门则指在完成系统安全功能的过程中,仅必须保持压力边界的完整性,而不需要执行机械动作的阀门。因此不是所有的核级阀门都是能动阀门,如稳压器喷雾阀虽然是核一级阀门,但却是非能动阀门。本文核级指按相应核电规范如ASME III或RCC-M制造的规范等级,与核安全等级有所区别。

2、能动动力驱动阀门的鉴定试验

　　ASME QME-1详细规定了能动动力驱动阀门、能动止回阀、能动卸压阀的鉴定试验项目、顺序和细节。本文仅讨论能动动力驱动阀门、能动止回阀的鉴定试验。

2.1、标准要求的鉴定试验项目及顺序

　　ASME　QME-1 QVP-732011规定了能动动力驱动阀门的试验项目及顺序。

　　试验前检验　QVP - 733111
　　基频测定　QVP - 734011
　　环境与老化模拟　QVP - 7350
　　中间检验　QVP - 733211
　　循环试验　QVP - 736111 (冷循环)和QVP -736211 (热循环)
　　中间检验　QVP - 733211
　　端部加载试验　QVP - 737011
　　中间检验　QVP - 733211
　　地震试验　QVP - 738011
　　中间检验　QVP - 733211
　　流体阻断试验　QVP - 739011
　　试验后检验　QVP - 733311

　　在以上的试验顺序中,某些试验可以编组进行或改变其顺序。对于上面的试验顺序允许适当调整,如基频试验可与地震试验合并进行,端部加载试验可与地震试验合并进行[参见QVP -737011(c) ] ,要求满足QVC - 7000 条款的附加试验可在以上试验顺序的任一处施行。

2.2、动作寿命试验

　　能动动力驱动阀门的试验项目中没有包含技术规范书要求的2000次循环(或更多循环次数)的动作寿命试验,根据多年的核电阀门鉴定试验的实践证明,模拟实际工况的动作寿命试验对所有的阀门类型(闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、隔膜阀等)都是一个严格的考验。在较早期的试验中,大部分阀门在动作寿命试验中都会出现不同程度的问题,这种现象在近两年有所改善。在结构设计中只要充分考虑循环动作的特定要求、高温高压下结构件的应力和变形影响等,一般就能通过动作寿命试验的考核。因此,目前国内一般都要求核电阀门应进行模拟工况下的动作寿命试验。

2.3、环境与老化模拟

　　环境与老化模拟的主要对象为非金属材料、阀门驱动装置和电气附件,如热老化、辐照老化、机械磨损老化和LOCA等。而阀门作为机械设备,非金属材料的使用有填料、垫片和软密封阀座等。目前国内外针对填料、垫片、电动执行机构、气动执行机构及电气附件都有单独的经过鉴定的生产厂家。因此,一般要求核电阀门的填料、垫片、阀门驱动装置和电气附件等选择这些通过鉴定的生产厂家,而不要求随同阀门样机一起进行环境与老化模拟的鉴定试验。阀门样机所配填料、垫片、阀门驱动装置和电气附件,应提供其样机的所有鉴定试验报告和鉴定证书。

　　目前有争议的是球阀及隔膜阀等阀门中的软密封阀座和隔膜等材料的鉴定,针对这些商用化材料,生产厂家一般无法提供环境与老化模拟的鉴定试验报告,而要求这些零件装配于阀门整体,然后由阀门制造厂家进行环境与老化模拟的鉴定试验,显然也是不太现实。目前各方都认可的解决方案是,针对辐照老化,一般是由阀门制造厂家从供方获取非金属材料的试片送有资质机构进行耐辐照试验,当然在与设计院、业主沟通的情况下可直接选择有相应耐辐照数量级的非金属材料, 如EPDM 在1 ×10⁵ Gy, Fs-40在1 ×10⁶ Gy, PEEK在1 ×10⁷Gy。针对热老化和磨损老化,非金属材料制成的零件随同阀门样机一起进行模拟热态工况下的动作寿命试验。

2.4、热冲击试验

　　ASME QME-1未包含目前国内设计院要求的热冲击试验,有的设计院要求仅对核一级阀门进行热冲击试验,有的要求核一级、核二级、核三级阀都要求进行热冲击试验,各个设计院对热冲击试验的次数也有不同的规定,有规定5次、也有规定10次的。但总的来说,热冲击试验是目前所要求的,是必须列入鉴定试验项目中的。

2.5、流量系数或流量特性测试

　　因为在通常情况下,流量系数或流量特性测试不是与安全相关的功能,故ASME QME - 1没有将其列入鉴定试验项目,但从对一个阀门整体性能的评估,目前都要求对样机进行流量系数或流量特性测试。对于调节阀或某些对流通能力有特殊要求的阀门,包括样机或产品都应进行流量系数或流量特性测试。

2.6、建议的鉴定试验项目及顺序

　　目前国内核电阀门样机的鉴定试验一般是按4类进行。

　　①厂家自身能完成的试验项目(试验前、冷循环、试验后) 。
　　②热态试验(热循环、热冲击、动作寿命试验、流体阻断) 。
　　③地震试验(含基频测定、端部加载、地震试验) 。
　　④流量系数或流量特性测试。

　　考虑到每一类的试验一般尽量在同一个试验室完成,因此,给出实践中的鉴定试验项目及顺序。

　　①试验前检验。
　　②冷循环试验。
　　③中间检验。
　　④热循环试验、热态动作寿命试验2 000次、热冲击试验、流体阻断试验(每一项试验完成后、动作寿命试验期间定期均在试验装置上不拆卸阀门的情况下进行在线检漏、初步评估阀门密封的情况) 。
　　⑤中间检验。
　　⑥基频测定、端部加载试验、地震试验(注意端部加载试验应在地震试验之前完成) 。
　　⑦试验后检验。
　　⑧流量系数Cv 值或流量特性测试。

　　按试验顺序及ASME QME-1的规定,应最后进行的流体阻断性能试验被提前到了热循环试验阶段。

　　其中关于流量系数Cv 值或流量特性测试,其试验顺序可以任意调整,且在确保相同结构、获得相同的测试数据的前提下,不一定必须要使用同一台样机进行试验。但其他的所有试验项目都必须是在同一台样机上完成。国外有的公司鉴定试验做了很多,但却都是在不同的样机上进行的。