随着各国能源政策与环保要求的提高,建设核电站已成为今后电站发展的方向。为保证核电系统安全,对调节阀电动执行机构的各方面性能提出了更高要求。
一、性能
阀门电动执行机构(图 1)是核电站过程控制的重要驱动装置,具有行程控制、力矩保护、手动/电动切换、远方及就地控制等功能,将上位控制设备(调节器、PLC、DCS 等)给出的电量指令转化为相应位移,驱动阀门或风门等至系统要求位置,调节流量、风量、温度和压力等过程参数。电动执行机构通常采用模拟量或脉冲量工作方式,与系统间采用点对点连接。
图1 阀门电动执行机构
二、特殊要求
1. 使用寿命:重水堆核电站设计寿命一般为 40 年,电动执行机构设计寿命一般为 40 年,或至少满足在一个大修周期内无任何故障。
2. 安全级别:核电站内电动执行机构安全级别分 3 类——K1 类安装于安全壳以内,须在正常环境、SL2(安全停堆地震动)载荷下及事故期间或事故后仍能执行规定功能;K2 类安装于安全壳以内,须在正常环境和 SL2 载荷下执行规定功能;K3 类安装于安全壳以外,须在正常环境和 SL2 载荷下执行规定功能。两类执行机构的正常与事故环境条件(温度 5~55℃/事故 60~156℃、相对湿度 100%、γ 辐射累积剂量 250kGy/事故 0.6MGy、支撑结构震动 10~2000Hz、加速度 2.5m/s² 等)按核安全法规分级规定。
3. 抗震级别:重要部位的执行机构须在地震中和地震后正常工作。
4. 抗辐照能力:核岛内使用的执行机构必须避免因辐照引起材料或零部件失效而不能正常工作。
5. 其他:还必须具备热稳定性、防潮性、化学稳定性及防火性能。
三、设计
1. 防护:安全壳内的执行机构有沾染放射性尘埃的危险,需用清水清洗去污,且不得漏油漏液影响环境。外壳防护与防爆等级按 GB 4208 和 GB 3836 确定,以 IP67 为宜——过低达不到要求,过高则造价浪费。涂层应符合 EJ/T 1022.17 规定。任何情况下都应设计接地螺栓:电机 ≤5kW 用 ≥M8,5~10kW 用 ≥M10,>10kW 用 ≥M12;电气间隙和漏电距离符合 JB 911。
2. 材料:箱体必须用球墨铸铁;除外壳部分非重要零件外,禁用铝、锌及其合金;润滑脂须采用特种耐高温抗辐照润滑脂;紧固件、螺钉、铭牌和铆钉必须不锈钢。
3. 元器件:①电缆须符合核电标准并具抗辐射性——运行期连续承受 10rad/h、40 年累积约 0.4×10⁷rad,事故状态可达 5×10⁷rad,累计后电气性能不变;300V 控制电缆用于 <200VDC 系统,600V 用于 200~400VDC;②接插件必须防爆,控制电缆引入的固定与密封采用专用装置;③O 形圈、方形圈、骨架油封等常用密封材料防辐射能力低,须采用氟橡胶等专用密封材料。
4. 结构:核电站空间比普通电厂小得多——①机械部分可采用变频电机适应各类工况转速,最大限度减小机械传动部分并优化性能;②控制部分引入现场总线技术,实现自动化及远程控制、诊断、维护和操作;③接口部分模块化、快速互换,执行机构接口多采用 DIN 3338、DIN 3210、GB 12222、JB 2920 等国际/国家标准,减少非标设计;④密封设计兼顾外部防护与内部防护("外面的进不来,里面的出不去"),采用高性能防辐射 O 形圈、方形圈、骨架油封,适当提高旋转面和运动面粗糙度要求。
四、特殊试验
1. 热老化试验:干燥空气中加热至 135℃ 试验 950h(其他温度按下式折算试验时间 τ 
,最小值 100h),过程中执行机构应能在加载情况下完成所要求机械磨损老化循环次数的 10%(200 次)。
2. 辐照老化试验:试验前执行机构应能在加载下完成 50% 的机械磨损老化循环;试验在干燥空气中进行,温度 70±3℃,γ 累积剂量 250kGy;辐射前后性能不得有明显变化;辐照老化后应能完成剩余的机械磨损老化循环。
3. 事故模拟试验:包括辐照条件试验(70±3℃、γ 累积 600kGy、剂量率 0.25±0.14Gy/s 工况检测)和湿热条件试验(失水事故 LOCA 及 MSLB 模拟试验)。试验时执行机构安装于配有电缆接口、密封面及专用管路的试验室内,建立正常环境条件,在额定负载下按 EJ/T 1022.11-96 标准中 PWR 安全壳内 LOCA/MSLB 试验参数和时间曲线进行。
五、结论
核级阀门电动执行机构要求极高,生产条件也相应严格——只有严格按核质保(HAF040)大纲操作方可生产;运输、储存和保管也必须严守规定,才能发挥其应有作用。
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来源:综合整理自行业公开技术文献(本站编译)。
