核級(jí)閥門設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

一個(gè)性能優(yōu)良、使用可靠、價(jià)格合理的產(chǎn)品，必須在設(shè)計(jì)階段綜合考慮技術(shù)可行性、安全可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性，做出優(yōu)化的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的確立，是優(yōu)良設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。

目前，核電閥門在上主要采用ASME第三卷和RCC-M兩大標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造。其中RCC-M是在ASME標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合法國的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，特別是法國的材料標(biāo)準(zhǔn)，其中涉及閥門方面的主要章節(jié)為 B3500、C3500、D3500，分別對(duì)應(yīng)核 1、2、3 級(jí)閥門。

我國核電閥門起步于20世紀(jì)50年代，主要采用RCC-M標(biāo)準(zhǔn)，并在此基礎(chǔ)上于20世紀(jì)90年代制定了核工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EJ/T，其中涉及閥門的設(shè)計(jì)、應(yīng) 力分析、抗震分析、材料、試驗(yàn)、驅(qū)動(dòng)裝置諸方面， 可以說是一個(gè)比較完整的核電閥門標(biāo)準(zhǔn)體系。由于它 是參照RCC-M標(biāo)準(zhǔn)制定的，在主要方面是一致的， 因此這里將二者綜合起來敘述有關(guān)核電站閥門的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。2010年發(fā)布實(shí)施了 NB/T壓水堆核電廠閥門系列標(biāo)準(zhǔn)，替代了部分EJ/T標(biāo)準(zhǔn)。

(1)核電閥門功能的保證——核閥設(shè)計(jì)制造規(guī)范級(jí)

①核級(jí)要求核電閥門首先按其安全功能確定相應(yīng)的核安全等級(jí)，對(duì)閥門進(jìn)行恰當(dāng)?shù)陌踩旨?jí)，能保證閥門的質(zhì)量與閥門在安全中所起的作用相適應(yīng)。 在定出閥門核安全等級(jí)的基礎(chǔ)上，規(guī)定它的設(shè)計(jì)制造要求，即設(shè)計(jì)制造規(guī)范等級(jí)（以下簡稱規(guī)范級(jí)）、抗 震要求以及質(zhì)量保證要求。

閥門分為3個(gè)規(guī)范級(jí)和1個(gè)NCh級(jí)，3個(gè)規(guī)范級(jí)由高到低分別為規(guī)范1級(jí)、規(guī)范2級(jí)和規(guī)范3級(jí)。

核1級(jí)：屬于反應(yīng)堆、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界內(nèi)的閥門都為核1級(jí)閥門，對(duì)于壓水堆核電站其核級(jí)閥門的設(shè)計(jì)參數(shù)均為設(shè)計(jì)壓力17.2MPa;設(shè)計(jì)溫度 350℃。

核2級(jí)：主要在事故工況下執(zhí)行安全功能。基本 上屬于專設(shè)安全設(shè)施用核級(jí)閥門（包括安全殼隔 離閥）。

核3級(jí)：用于反應(yīng)堆運(yùn)行支持系統(tǒng)并與反應(yīng)堆運(yùn)行關(guān)系密切的閥門。

NCh級(jí)：非設(shè)計(jì)制造規(guī)范級(jí)核電閥門。

規(guī)范級(jí)的劃分見表26-27。

對(duì)于壓力級(jí)小于或等于2. OMPa的非核安全級(jí) (NC)的閥門，根據(jù)其要求的可靠性分類，詳見表 26-28。

①F級(jí)：其故障立即引起反應(yīng)堆停堆或電廠在很短時(shí)間內(nèi)停運(yùn)的所有閥門。

②G級(jí)：其故障在短時(shí)間內(nèi)引起反應(yīng)堆停堆或大部分設(shè)備停運(yùn)，或直接引起小部分設(shè)備停運(yùn)的閥門。

③H級(jí)：其故障不影響電廠可利用率的閥門。

②抗震要求核電站的設(shè)計(jì)zui重要的原則是安全*，在任何情況下都應(yīng)保證人類的安全，這就需 要核電站的設(shè)計(jì)要在廠址可能發(fā)生地震的情況下，保證反應(yīng)堆的安全，防止放射性介質(zhì)外漏。在此要求下，將核級(jí)閥門都?xì)w入抗震1類要求。

抗震分類的目的是對(duì)閥門的設(shè)計(jì)與評(píng)定提出抗震 要求，實(shí)際上是為了規(guī)定這些閥門在地震載荷下的功能要求。核安全級(jí)閥門均為抗震1類，抗震1類閥門根據(jù)不同的功能，分為抗震II類閥門和抗震1A類閥 門。II類閥門在極限安全地震動(dòng)（SL2)作用下，僅 要求保證其壓力邊界的完整性，不提出對(duì)變形的限制 要求；1A類適用于能動(dòng)閥門裝置，除要求保證其壓 力邊界的完整性外，還要求地震時(shí)和地震后有滿意的可運(yùn)行性。NC表示無抗震要求。

質(zhì)量保證要求是以核安全等級(jí)為依據(jù)，并考慮到 一些其他因素，如產(chǎn)品的復(fù)雜性、成熟程度等而對(duì)不同的系統(tǒng)和產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)的。質(zhì)量保證要求分為Q1、 Q2和Q3三個(gè)等級(jí)，QNC級(jí)閥門不提出質(zhì)量保證大 綱的要求。

③抗輻照要求反應(yīng)堆在運(yùn)行中由于裂變反應(yīng)產(chǎn)生大量放射性物質(zhì)，這就要求在系統(tǒng)運(yùn)行和維修時(shí)要盡可能降低放射性對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)人體的傷害， 故在核級(jí)閥門設(shè)計(jì)時(shí)必須采取有效的措施。

a. 閥門材料選配要采用耐輻照、老化材料；

b. 閥門與介質(zhì)接觸表面其粗糙度精度要求需不低于6. 3m，以減少放射性介質(zhì)的附著，降低維修時(shí)對(duì)人員的傷害；

c. 為防止放射性對(duì)環(huán)境的污染，閥門在壽期內(nèi)要求外泄漏為零，內(nèi)漏在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。

④壽命要求在核級(jí)閥門設(shè)計(jì)時(shí)要求其閥體、 閥蓋等主要承壓件其壽命與核電廠壽期相同，對(duì)于易損件，要求其更換周期應(yīng)滿足電廠換料周期。目前核電廠的換料周期大多為12個(gè)月。對(duì)于核1級(jí)閥門， 還必須按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行疲勞分析，以滿足不同 工況下閥門的使用要求。 

(2)強(qiáng)度和剛度準(zhǔn)則

在設(shè)計(jì)上首先應(yīng)考慮閥門的主要部件能承受持久的或瞬時(shí)的壓力和溫度交變下的各種載荷的作用力， 而不應(yīng)出現(xiàn)明顯的彈塑性變形。除常規(guī)的強(qiáng)度計(jì)算 夕卜，還應(yīng)采用有限元應(yīng)力分析和抗震計(jì)算分析等方法 來確保閥門產(chǎn)品的可靠性。

核級(jí)閥門通常都工作在惡劣的環(huán)境工況中，zui主要是放射性物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏將會(huì)危及人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)于強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì)尤其重要。

首先公稱尺寸不小于DN25的規(guī)范級(jí)閥門均應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力分析，其目的在于閥門在承受各種載荷工況下具有必要的安全裕度，保證壓力邊界的完整性。應(yīng) 力分析不包括為避免其他失效類型如輻照、侵蝕和腐 蝕等作用下的損壞，也不包括閥門在所有環(huán)境下的可運(yùn)行性。閥門應(yīng)力分析應(yīng)考慮閥門在運(yùn)行時(shí)所處的不 同工況和載荷，并且要考慮各類載荷的共同作用，各級(jí)使用載荷應(yīng)按閥門技術(shù)規(guī)格書的規(guī)定，分析要符合 NB/T 20010. 1 或 RCC-M B3500/C3500/D3500 的規(guī)定。

其次核安全級(jí)閥門均應(yīng)進(jìn)行抗震分析。核電廠中動(dòng)力操作的能動(dòng)閥門裝置都必須進(jìn)行抗地震鑒定試驗(yàn)，以保證閥門在地震時(shí)和（或）地震后有滿意的可運(yùn)行性。

核電站用閥門在進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度的要求，主要包括如下內(nèi)容：

①根據(jù)設(shè)計(jì)溫度和壓力，按照核閥設(shè)計(jì)制造規(guī) 范級(jí)確定的設(shè)計(jì)規(guī)范級(jí)查找不同規(guī)范級(jí)規(guī)定的溫度壓 力基準(zhǔn)，如RCC-MB3500 (規(guī)范1級(jí)）、C3500 (規(guī) 范2級(jí)）、NB/T20010.1等，從而確定閥門的公稱壓力級(jí)。

②按RCC-M或NB/T規(guī)定的zui小壁厚表確定閥 門的zui小壁厚。zui小壁厚應(yīng)考慮一定的腐蝕裕量。

③按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的形狀規(guī)則確定閥門的各部分形 狀，如圓角、轉(zhuǎn)折、尖點(diǎn)等。

④按核級(jí)閥門標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算，包括一 次薄膜應(yīng)力、二次薄膜應(yīng)力、一次薄膜應(yīng)力+彎曲應(yīng)力，熱分析、循環(huán)載荷、疲勞分析、自振頻率分析、 抗震分析等分析計(jì)算。

⑤運(yùn)用有限元分析軟件進(jìn)行模擬分析計(jì)算。