国内阀门试验能力的调研报告

李嘉明1,徐长哲1

摘要：为了解目前我国的核级阀门鉴定实验能力，介绍了进行阀门寿命试验、流体阻断实验以及老化试验的具体要求，并且对目前我国可以进行上述三个主要的阀门实验的典型的核级阀门试验系统进行了统计与介绍。

关键词：核级阀门；试验装置；系统；阀门寿命试验

Investigation report on domestic valve test capability

LI Jia-ming1，XU Chang-zhe1，

1. Nuclear Power Institute of China, Chengdu 610000

Abstract: In order to understand the ability of nuclear grade valve identification experiment in China, the specific requirements of valve life test, fluid blocking test and aging test are introduced, and the typical nuclear grade valve test system which can carry out the above three main valve experiments in China is counted and introduced.

Keywords: nuclear grade valve；test device；system；valve life test

0  引言

在我国目前正在运行的大部分核电站都是根据法国的核电站要求进行设计的，但是对核级阀门进行的鉴定试验，无法完全按照法国要求进行展开，并且由于美国的ASMEQME-1鉴定标准与国内的标准在材料等方面存在差异，也使得此标准难以在国内完全应用。我国目前现行的阀门试验要求，主要参考得是ANSIB和ASMEQME-1标准。

为验证核级阀门的功能，并且对阀门的鉴定提供保证，核级阀门试验系统是十分必要的。通过该系统可以对阀门进行鉴定试验，并且验证阀门在其使用周期内的安全性以及可靠性。

按照国内现行标准以及ASME的相关规定，需要进行包括壳体强度试验、阀瓣耐压试验、密封性能试验、动作性能试验、阀门流阻系数测试、冷、热态循环试验、全压差下阀门冷态启闭和热态启闭试验、冷、热态寿命试验、冷、热态交变试验、倾斜状态下性能试验、LOCA环境鉴定试验、流体阻断试验等众多试验。

其中本次调研主要关注的是国内进行阀门寿命试验、流体阻断实验以及老化试验的能力。

１  阀门寿命试验

1.1阀门寿命试验要求

该试验可以得到阀门的寿命特征、失效规律以及平均寿命等信息，可以为阀门的设计与可靠性预测等提供重要依据。

国内关于阀门寿命试验的标准主要如下：

JB/T8858—2004《闸阀静压寿命试验规程》[1]；

JB/T8859—2004《截止阀静压寿命试验规程》[2]；

JB/T8860—2004《旋塞阀静压寿命试验规程》[3]；

JB/T8861—2004《球阀静压寿命试验规程》[4]；

JB/T8863—2004《蝶阀静压寿命试验规程》[5]；

CB/T3397—93《船用阀门静压寿命试验》[6]。

其具体的试验流程如下图所示。

图 1 寿命试验流程图

在该实验中应注意的事项如下：

1. 如所有试验开始前相同，要对试验装置进行检查，以避免因为人为疏忽或设备故障导致试验试验失败。
2. 对阀门的工作性能性能检查，需检查的性能包括其泄漏量和各部件是否正常工作等。对不同类型的阀门还有不同的方向需要检查。检查结果需要记录下来。
3. 阀门的执行器也要参与阀门寿命试验，所以其性能失效也会判定为试验中止。
4. 在试验开始之前要对实验方法进行详细的规定，如试验次数等
   2. 我国阀门寿命实验能力

由沈阳阀门研究所设计的模块化核级阀门试验系统，主要由耐压水箱、加压泵、电加热器、冷却器、稳压器等机构组成，具体参数如表1所示。’

表 1 阀门试验系统具体参数

参数	数值
工作压力（最高），MPa	1.72
工作温度（最高），℃	34
工作介质	去离子水
公称直径(主管道)，mm	10
最大流量，t/h	110

由合肥通用机械研究所设计的仪表阀高温高压寿命试验装置如图2所示，通过该装置可以进行仪表阀的高温高压寿命试验和密封试验。

此装置依据电气一体化的理念进行设计，能完成核级仪表阀高温高压寿命试验的设计，该装置的最高介质温度为375℃，最好试验压力为40MPa。

2流体阻断试验

2.1流体阻断试验要求

根据国际现行的较为通用的要求，ANSIB16.41[8]中规定流体阻断性能试验过程中，只要求10%行程内能保持额定压差。而ASMEQME-1的要求十分苛刻，要在100%行程内都保持额定压差。

依据目前我国试验装置的发展水平，建议试验大纲中直接规定

10%行程，这种规定是有利于评估阀门的流体阻断性能的。

在实际的应用之中，很多的阀门并不要求具备流体阻断性能，甚至在ASMEQME-1中未规定阀门进行流体阻断性能试验。

2.2我国流体阻断试验能力

可以代表我国进行压水堆运行参数范围内动力驱动阀门流体阻断实验能力的单位是中国原子能科学研究院，该单位拥有的试验装置可以对压水堆中阀门发生的流体阻断过程进行模拟，此装置由主循环系统、流体阻断系统、电气系统及测量仪控系统等部分组成，其系统流程如图3所示，主要参数如表2所示。

 

表 2 试验装置主要参数

参数	数值
设计压力，MPa	20
设计温度，℃	350
工作压力，MPa	≤17.2
工作温度，℃	≤320
额定主循环流量，m3/h	150

装置参数取自压水堆一回路参数，此装置能完成核1级、核2级、核3级阀门的寿命考验试验、冷热交变试验、冷热循环试验和DN50以下(含)止回阀的流体阻断实验要求，并且该装置还能够进行一些其他的压水堆一回路参数的试验任务。

3老化试验

3.1老化试验要求

老化试验，也称环境与老化模拟，它的实验对象是部件中的非金属结构。对于阀门而言，其对象主要是软密封阀座，填料等。按照国内现行的要求，核级阀门的非金属部件应选择通过鉴定的生产厂家，并且厂家应递交全部的鉴定合格的证书与说明，这样做可以在阀门符合要求的情况下，简化实验过程。

而在现行的要求之下，对于阀门中的隔膜等材料的鉴定，工厂难以提供鉴定合格的证书，要求生产工厂去完成环境与老化模拟的鉴定试验，也是十分不合理的。所以目前广泛的被接受的做法是由阀门的制造工厂将非金属材料的样品送检，进行辐照老化试验等。

3.2我国老化试验能力

在我国，具备进行老化试验能力的单位有核二院、北京强度环境研究所等。核级阀门为保证其质量符合规范，需要进行的众多的老化试验，我们将在本节中选取热老化试验，辐照老化试验，振动老化试验这三种进行着重介绍。

3.2.1 热老化试验能力

核二院的热老化试验装置由环境模拟空间、可控硅加热系统、加湿系统、气体循环系统等系统组成。尺寸为900×1150×1800mm，具体参数如下表所示。

表 3 试验装置主要参数

参数	数值
可模拟实验空间，m3	4
设计温度，℃	150
温变速率，℃/h	10
湿度范围，RH	20~100%
热老化试验风速，m/s	0~2
湿热试验平均风速，m/s	0~0.5
换气次数，次/h	20~1000

图 4 核二院湿热老化箱

3.2.2 辐照老化试验能力

我国拥有进行辐照老化试验能力的典型单位如下所示。

1)中国原子能科学研究院辐照试验室：钴-60γ辐照源，103Gy/h

2)上海原子核研究所：钴-60γ辐照源，103Gy/h

3)北京化工研究院：钴-60γ辐照源，103Gy/h

3.2.3 振动老化试验能力

北京强度环境研究所具备进行振动老化试验的能力，其实验设备为四台振动试验台。试验台参数如下所示。

表 4 试验装置主要参数

吨位（t）	推力（KN）	最大有效载荷（kg）	频率范围（Hz）	最大加速度（g）	最大位移（mm）
2	20	90	1-3000	110	±25.4
3.7	37	500	5-2000	80	±12.7
9	90	800	1-2000	150	±25.4
20	200	2000	5-2000	60	±12

图 5 吨振动台

参考文献 

[1]JB/T8858—2004《闸阀静压寿命试验规程》

[2]JB/T8859—2004《截止阀静压寿命试验规程》

[3]JB/T8860—2004《旋塞阀静压寿命试验规程》

[4]JB/T8861—2004《球阀静压寿命试验规程》

[5]JB/T8863—2004《蝶阀静压寿命试验规程》

[6]CB/T3397—93《船用阀门静压寿命试验》

[7]于濛, 贾海军, 隋玉珊. 核级阀门试验系统研究[J]. 阀门. 2015, 6:11-13.

[8]ANSIB16. 41-1983, 核电厂动力操作能动阀门功能鉴定要求[S].

[9]齐晓光, 程道喜, 翟伟明, 等. 核级阀门流体阻断试验技术研究[J]. 原子能科学技术. 2018, 52(11):2013-2019