鈉介質回路閥門的結構設計

　　介紹了鈉閥的使用工況、技術參數(shù)、設計難點及解決措施，論述了鈉閥在不同工況下采用結構的先進性和合理性。

1、概述

　　核級鈉閥門(以下簡稱鈉閥)主要應用在快中子增殖反應堆一、二回路及其各輔助系統(tǒng)、鈉工藝系統(tǒng)、破損探測系統(tǒng)、熱工控制系統(tǒng)的管道上，對管道中的介質起截斷或輸送作用。

2、性能參數(shù)

　　公稱壓力 2.0MPa

　　公稱通徑 25、40、65mm

　　工作溫度 420 ℃

　　工作介質 液態(tài)金屬鈉

　　連接形式 焊接

　　安全級別 II

　　抗震類別 II

　　質量等級 QA1

　　清潔度 A類

　　承壓件設計使用壽命 30a

　　無故障開關周期 <1500次

　　耐壓試驗壓力 3.0MPa

3、工況分析

　　(1)由于液態(tài)金屬鈉是一種極活潑的金屬元素，具有很高的反應活性，能直接與O₂、H₂、S或H₂O反應，產生可燃氣體。因此閥門密封可靠性要求極高，必需保證不得有任何外泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。

　　(2)由于液態(tài)金屬鈉在97.8℃下將由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)。因此，閥門需要在420℃高溫下長期運行，必須具有耐高溫性能。

　　(3)液態(tài)金屬鈉在常溫下呈固態(tài)，化學性質極為活潑，遇水或潮氣反應猛烈，易引起著火或爆炸。所以當介質流經閥門后，要求其體腔內盡可能不殘留介質。

4、密封結構

4.1、承壓殼體密封結構

　　主要承壓件閥體、閥蓋、閥瓣采用自由鍛毛坯，內外表面機加工成形。在鍛造過程中，由于金屬塑性變形的結果，使毛坯金屬獲得較細的晶粒。同時能壓合鑄造組織的內部缺陷(如微小的裂紋、氣孔等)，因而提高了金屬的機械性能確保承壓殼體密封可靠。

4.2、閥體與閥蓋連接處密封結構

　　閥體與閥蓋連接處是承壓殼體密封的關鍵部位。對于公稱尺寸[DN25閥門，其閥體與閥蓋焊接連接，避免了閥體與閥蓋連接處泄漏的可能性(圖1)。對于公稱尺寸\DN40閥門，其閥體與閥蓋采取螺栓連接唇邊焊密封結構，密封焊縫在維修時允許切開。該種密封結構性能可靠，不受溫度波動的影響，保證高溫密封性能，使介質無任何外漏(圖2)。

1.閥蓋　2.閥體

圖1 閥體與閥蓋焊接結構

1.密封焊　2.閥蓋　3.閥體

圖2 閥體與閥蓋密封焊結構

4.3、閥桿密封結構

　　閥桿密封為動態(tài)密封，在設計上采取兩種密封結構。冷凍、填料和O形圈三重密封。利用液態(tài)金屬鈉隨著溫度下降其粘度增加的特性，在閥蓋與填料函之間加散熱片，降低介質的溫度，達到密封的效果。當其冷凍密封失效時，填料作為第2道密封起閥桿處密封的作用。當填料密封失效后O形圈來確保閥桿處的密封。在散熱片與填料密封之間設有檢漏管，當冷凍密封不起作用時，檢漏管處的監(jiān)測火花塞發(fā)出信號，通知系統(tǒng)采取應急措施并及時檢修，保證系統(tǒng)安全運行(圖3)。

1.散熱片　2.引漏裝置　3.O形圈　4.填料

圖3 冷凍密封結構