核級閥門試驗系統研究

2016-03-23 于濛沈陽閥門研究所

　　介紹了核級閥門試驗系統的設計、建造、功能、運行及系統熱量衡算。通過核級閥門試驗系統建設，對新研閥門進行功能性驗證試驗，可提高閥門研發能力、技術性能及可靠性。

1、概述

　　核級閥門試驗系統是為核級閥門功能驗證和鑒定提供條件保障，通過核級閥門試驗系統進行閥門鑒定試驗，以驗證閥門在整個壽期內的安全性和可靠性。按ASME 及國內相關標準規定，新研核級閥門需進行鑒定試驗，包括殼體強度試驗、閥瓣耐壓試驗、密封性能試驗、動作性能試驗、閥門流阻系數測試、冷、熱態循環試驗、全壓差下閥門冷態啟閉和熱態啟閉試驗、冷、熱態壽命試驗、冷、熱態交變試驗、傾斜狀態下性能試驗、LOCA 環境鑒定試驗、流體阻斷試驗等。核級閥門試驗均需要在核級閥門試驗系統上完成。隨著核電工業的迅速發展，核級閥門種類多、數量大，要求在復雜系統和各種工況條件下能可靠動作。因此對于安全方面起重要作用的閥門，在可能范圍內，在試驗回路上進行模擬閥門運行狀態試驗，以驗證閥門的安全性和可靠性。

2、技術參數

　　工作壓力(最高) ：17.2MPa

　　工作溫度(最高)： 343℃

　　工作介質：去離子水

　　公稱直徑(主管道) ：100 mm

　　最大流量：110t/h

3、試驗系統

　　3.1、系統構成

　　核級閥門試驗系統為模塊化設計系統，是由循環泵、電加熱器、耐壓水箱、加壓泵、管道過濾器、冷卻器、穩壓器、節流孔板、儀控設備、高壓氮氣瓶、系統臺架、各類閥門、彎頭三通及無縫鋼管等組成。穩壓器上設有溫度、壓力及液位測點，以監測試驗過程中穩壓器的運行狀態。耐壓水箱設置了液位變送器，監測水箱液位。在試驗回路的相關地方設置壓力表、流量計及測溫元件，監測系統運行過程中的各項參數。

　　核級閥門試驗系統設計為可移動式臺架，臺架分為上下兩層，其所有設備固定在系統自身的矩形鋼結構臺架中，可實現整體吊裝。該回路主體框架采用矩形鋼結構設計，矩形鋼結構桁架為型鋼焊接而成。臺架地面鋪設不銹鋼花紋板。給排水設施及所有配電、控制線纜、信號線纜設置於臺架地面之下。整個系統設備布置緊湊、合理，便于安裝、操作及保養維修。

　　3.2、系統工藝流程

　　核級閥門試驗系統在滿足總體技術參數的基礎上，運行穩定可靠，配合不同的試驗段接口，可完成閘閥、截止閥、截止止回閥、止回閥、球閥及蝶閥等不同閥類的功能鑒定試驗。工藝流程見圖1。

核級閥門試驗系統工藝流程

圖1 核級閥門試驗系統工藝流程

　　3.3、試驗回路功能

　　核級閥門試驗回路為閉式循環系統。回路中循環泵提供的額定循環流量為110m³/h，循環泵由變頻器實施調速來調節流量變化。穩壓器內置加熱元件，由可編程控制器PLC 調功器進行功率調節，穩壓器充裝氮氣穩壓。系統的溫度壓力與穩壓器水位值呈對應關系，當回路中溫度升高時，壓力和水位亦相應升高。反之壓力和水位則相應降低。系統正常運行時，對回路參數的調節只是對回路溫度的調節，即對加熱元件投入功率大小的調節。這種調節功能由計算機系統完成，能夠使回路的溫度和壓力控制在規定范圍內。

　　試驗回路設有超溫保護、超壓保護及用電設備故障保護等功能，以及系統報警和急停功能。試驗回路在升溫升壓過程中設有現場手動控制模式和自動控制模式。實現升溫、升壓過程中升壓速率與升溫速率、電加熱功率調節和循環泵流量調節的自動控制。

　　計算機操作系統有良好的人機界面，可實時顯示系統狀態并記錄存儲數據。隨時查閱時間與溫度曲線、時間與壓力曲線、壓力與溫度曲線，并設置壓力- 飽和溫度控制程序，以保證系統的穩定運行。

　　① 實時監控顯示試驗回路系統總貌畫面、準備畫面、報警總貌畫面、參數顯示和設定畫面、閥門狀態畫面、控制回路畫面、實時趨勢畫面和歷史記錄畫面等，實現對試驗臺運行過程的實時控制及對設備運行狀態的在線監視。

　　② 人工干預指令實現試驗回路設備的手動控制。

　　③ 實時/歷史趨勢曲線顯示試驗回路所有工藝參數的實時趨勢曲線，并可存儲歷史趨勢曲線或將趨勢曲線打印輸出。

　　④ 故障報警管理實現故障報警的實時控制及管理，可將故障事件報表打印輸出。

　　⑤ 故障診斷通過對標簽變量及PLC I/O 點狀態的監控，實現快速故障診斷。

　　⑥ 安全管理通過對HMI 的操作、管理及系統維護分別設置不同權限的安全密碼，從而實現分層次的安全管理。

　　⑦ 操作指導將試驗回路相關運行工藝數據以數字或圖形畫面的形式提供，用于試驗回路運行作業的工藝操作指導，操作中可以通過HMI 界面的參數設定功能輸入某些無法直接從現場采集的數據及部分人工設定值，并可根據試驗作業需要隨時修改上述設定值。

　　3.4、系統運行

　　被試閥門裝入試驗系統后，利用耐壓水箱出口管和加壓泵對試驗回路和穩壓器進行充水放氣，全開電動節流閥以排盡系統空氣，并使穩壓器處于水實體狀態。充水放氣完成后，啟動循環泵循環回路。根據運行需要啟動電加熱器對回路加熱，全開電動節流閥，循環電加熱器產生的熱量。當回路升溫速率大于2℃ /min 時，控制系統發出報警，手動操作關閉加熱器以控制升溫速率，降低升溫過程中產生的熱應力。當回路壓力、溫度滿足試驗要求時，穩壓器液位穩定在2 /3 時，即可對被試閥進行各項試驗。在試驗過程中，對回路溫度和壓力自動控制。當回路溫度高于設定溫度2℃或低于設定溫度2℃時，控制室發出高報或低報并自動運行電加熱器功率。當回路壓力高于設定值0.2MPa 時，控制室發出高報。當回路壓力低于設定值0. 2MPa 時，控制室發出低報。回路壓力也可通過電動節流閥進行自動調節。真空技術網（http://smsksx.com/）認為若試驗系統溫度、壓力超過設定試驗值，或需進行冷熱交變試驗時，可通過冷卻器對回路進行降溫、降壓。

　　閥門試驗完成后，關閉所有加熱器，維持循環泵運行。利用冷卻器對回路進行降溫、降壓。降溫速率可通過冷卻器出口調節閥和冷卻水量來控制。當系統溫度接近常溫常壓時，打開回路排氣閥和疏水閥，對回路進行疏水。疏水結束后，拆除被試閥，對回路進行干保養，已備下次進行試驗。

　　3.5、清潔

　　為滿足核級閥門清潔度的要求，在試驗回路設計上充分考慮盡量減少縫隙、氣室、盲孔、不易排空的腔室、清洗溶液或其他污物的滯留。管路及設備均采用奧氏體不銹鋼材料，在系統的高點設排氣孔，低點設排水孔。