為實現核電氣動調節閥的設計優化及其國產化，對氣動調節閥在核電站中的選型原則和選型的特殊性進行了分析，并結合以往工程設計經驗及現場反饋情況，討論了目前國內核電機組選型中的重點和難點問題。最后，對核級氣動調節閥國產化的現狀進行了分析與展望。這為自控設計人員進行核電氣動調節閥選型和設備國產化工作提供了參考。

　　作為過程控制工業中最常用的終端控制元件，調節閥在過程控制中起著極為重要的作用。它用來接收信號，并根據調節器輸出來改變閥門開度，從而調整工藝參數，使之趨向于期望值，其應用質量直接反映在系統的調節品質上。

　　核級氣動調節閥設計的正確選型是確保調節閥正確合理應用的根本和關鍵;錯誤的設計選型不僅影響系統的穩定性，而且還可能威脅到整個工業生產過程的安全性。

　　目前，我國的核電機組所使用的調節閥大部分為氣動調節閥。由于氣動調節閥品種、規格繁多，故設計選型要求設計人員具備多專業的背景知識。而核電站工藝管道中介質的理化性能千差萬別、工況參數復雜多變，與常規工業相比，核電站對氣動調節閥功能、環境、使用壽命、設備可用性及可靠性等方面的要求更為苛刻。這就使得核電氣動調節閥的選型難度與重要性更加凸顯出來。

1、氣動調節閥的選型

1.1、輸入條件及選型原則

　　氣動調節閥的選型需綜合考慮工況條件、調節要求、環境狀況、使用壽命、安裝維修以及性價比等因素。此外，以往工程的使用經驗也在選配氣動調節閥的過程中發揮重要作用。

　　一般而言，氣動調節閥的選型所需的輸入條件包括以下幾個方面。

　　①工藝參數：它主要包括介質類型、各工況下的上下游壓力及其對應的流量要求、管路的設計溫度和壓力、閥門上下游的最大壓差等。如有較為惡劣的瞬態工況，還應明確瞬態情況下的工況條件。

　　②工藝系統控制要求：它主要包括工藝系統對故障位置的設置要求以及基本調節要求之外的其他控制要求(如是否有快開或快關要求、是否需要設置電磁閥、是否有遠程閥位指示要求、是否需要設置手輪等輔助裝置等)。

　　③過程連接方式(如法蘭連接、焊接等)及材質要求。

　　④密封及泄漏量的要求：從工藝系統設計的角度，明確對閥門泄漏率(內漏)的要求;對于有毒、高溫高壓或放射性的介質，或是當工藝過程對密封性有較高要求時，還應明確對填料函的要求，以防介質外漏給運行的安全穩定性和經濟性造成的影響。

　　⑤尺寸與布置要求：考慮到現場安裝與維護，對外形尺寸提出限制要求。

　　⑥環境條件：對安裝在易燃易爆區的閥門，應當考慮防爆要求。

　　⑦鑒定與分級：它主要包括閥門的RCCM制造規范等級、電氣附件的RCCE鑒定等級、抗震分級、防爆分級以及在設計基準事故下的可用要求等。

　　⑧質保與清潔度要求：根據介質情況，明確質保與清潔度的要求。

　　⑨其他特殊要求。

1.2、氣動調節閥的選型過程

1.2.1、鑒定要求

　　對核級閥門而言，能夠滿足鑒定要求是閥門選型與應用的最基本前提。在核級閥門選型時，應首先依照《壓水堆核電站核島機械設備設計建造規則》(RCCM)、《壓水堆核電站核島電氣設備設計和建造規則》(RCCE)對閥門的鑒定等級、抗震分級以及設計基準事故要求等進行審查，以確保閥門滿足鑒定要求。對于不能滿足鑒定要求的閥門，閥門需通過鑒定或變更選型。

1.2.2、結構形式的確定

　　調節閥結構形式的確定，應根據實際生產中的工藝條件(溫度、壓力、流量等)、工藝介質的特性(如黏度、腐蝕性、有無顆粒、有無毒害等)、調節系統的要求(調節范圍、泄漏量、噪聲)、管系布置以及空間情況等因素綜合考慮。

　　一般而言，在流量、壓差和泄漏量小的場合，選擇單座調節閥即可滿足生產需要;套筒調節閥最適合應用在介質壓差和振動大的場合;蝶閥雖然結構緊湊，但調節性能和關閥密閉性能較差，一般適用于低壓差、大流量、泄漏量要求不高的場合，尤其適用于濃稠漿狀及含有顆粒介質的情況。此外，角閥適用于高黏度、含懸浮物和顆粒狀流體的場合或要求用直角配管的地方;與普通的直通單座閥相比，角閥具有防堵性能好、流阻小以及流量系數比單座閥大等優點。這幾種結構的調節閥在核電站中的應用都較為普遍。

1.2.3、流量特性的選擇

　　調節閥的流量特性可表現為固有流量特性和工作流量特性。固有流量特性分為線性、等百分比(對數)、拋物線和快開這幾種形式。在實際工況中，閥門的工作流量特性相對固有流量特性會存在一定的畸變。因此，在確定調節閥的流量特性時，還應充分考慮畸變所帶來的影響。對串聯管道而言，壓降比(調節閥可控制的最大流量所對應閥門進出口差壓和系統差壓之比)越小，工作流量特性與固有流量特性偏差越大。目前，國內核電站中應用最多的是線性和等百分比這兩種形式。

　　調節閥的流量特性可以根據控制原理中的補償原理進行選取，如根據壓降比、被控對象特性及負荷變化情況來選擇等;還可以根據以往類似工況經驗，結合設備供貨商閥門的實際固有流量特性進行選取。

1.2.4、閥門口徑的確定

　　閥門的流量系數與可調比是表征閥門流通、調節能力的重要參數，也是選擇調節閥的主要參數之一。由于工藝系統條件不同，在某些情況下要求閥門需要有較寬的調節范圍。目前，國產閥門的可調比一般為30。根據計算所得的流量系數、可調范圍，再結合生產廠家的產品特性，就可以選擇合適的閥門口徑，以滿足工藝系統的設計需求。

1.2.5、電氣附件的選擇

　　氣動調節閥的電氣附件主要有電氣轉換器、定位器、限位開關、電磁閥等。在滿足過程控制要求的基礎上，還應重點查驗這些附件的鑒定等級是否滿足要求。

　　近年來，智能電氣轉換定位器在普通工業用閥中占據的份額正在逐步增大。截止目前，智能電氣轉換定位器的核級鑒定尚未全部完成。國內外目前只有FISHER的FIELDVUE硬件部分通過了鑒定試驗，軟件部分的鑒定試驗尚未完成。因此，在目前國內的核電機組中，有核級鑒定要求的閥門使用的仍然是“電氣轉換器+定位器”。

　　此外，對于有K1級鑒定要求的限位開關，還應關注其自帶電纜是否隨開關本體一同通過了K1級質量鑒定，以確保其能滿足高溫高濕情況下的密封要求。

1.2.6、其他細化設計

　　在完成了上述初步選型與計算步驟之后，還應當針對管路設計及工藝系統調節的具體要求，進行以下細化設計。

　　①材質的選擇：調節閥承壓部件的材質應充分考慮到介質的溫度、壓力和腐蝕性，起節流作用的閥內組件則應具有良好的耐腐蝕和耐沖刷性。核級閥門的材質應能滿足RCCM的相關要求。

　　②設計應保證調節閥能夠滿足工藝系統的控制要求，如閥門的氣開、氣閉性，閥門的氣路以及執行機構動作等方面的要求。

　　③閥門的內漏與外漏均需滿足工藝系統設計要求。為解決閥門的外漏問題，在核電站中有一種特殊型式的填料函結構，即雙填料的密封方式。雙填料密封組件有上下兩組串聯的閥桿填料，主要用于高壓介質，或介質放射性較高、需防止介質外泄的場合，也可用于高真空。在國內核電機組中，波紋管密封及雙填料帶引漏的密封方式都有較多的應用。

　　④核實閥門的連接方式與外形尺寸是否滿足現場要求。

　　⑤關閉壓差與允許壓差：在選擇執行機構作用力時，應重點考慮閥芯全關時的壓差。所選閥門的最大允許壓差應大于關閉壓差，以防止出現“關不死”或“打不開”的現象。

　　⑥汽蝕與閃蒸：閥門的設計應避免汽蝕和閃蒸的發生，必要時可采用抗汽蝕或抗閃蒸的結構。

　　⑦噪聲：在自控系統中，調節閥是最大的噪聲源。當噪聲超過有關規定時(一般為85dB)，應考慮采用低噪聲結構。

　　⑧可維修性與性價比。