核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)研究
介紹了核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造、功能、運(yùn)行及系統(tǒng)熱量衡算。通過核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)，對(duì)新研閥門進(jìn)行功能性驗(yàn)證試驗(yàn)，可提高閥門研發(fā)能力、技術(shù)性能及可靠性。
1、概述
核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)是為核級(jí)閥門功能驗(yàn)證和鑒定提供條件保障，通過核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行閥門鑒定試驗(yàn)，以驗(yàn)證閥門在整個(gè)壽期內(nèi)的安全性和可靠性。按ASME 及國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，新研核級(jí)閥門需進(jìn)行鑒定試驗(yàn)，包括殼體強(qiáng)度試驗(yàn)、閥瓣耐壓試驗(yàn)、密封性能試驗(yàn)、動(dòng)作性能試驗(yàn)、閥門流阻系數(shù)測試、冷、熱態(tài)循環(huán)試驗(yàn)、全壓差下閥門冷態(tài)啟閉和熱態(tài)啟閉試驗(yàn)、冷、熱態(tài)壽命試驗(yàn)、冷、熱態(tài)交變?cè)囼?yàn)、傾斜狀態(tài)下性能試驗(yàn)、LOCA 環(huán)境鑒定試驗(yàn)、流體阻斷試驗(yàn)等。核級(jí)閥門試驗(yàn)均需要在核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)上完成。隨著核電工業(yè)的迅速發(fā)展，核級(jí)閥門種類多、數(shù)量大，要求在復(fù)雜系統(tǒng)和各種工況條件下能可靠動(dòng)作。因此對(duì)于安全方面起重要作用的閥門，在可能范圍內(nèi)，在試驗(yàn)回路上進(jìn)行模擬閥門運(yùn)行狀態(tài)試驗(yàn)，以驗(yàn)證閥門的安全性和可靠性。
2、技術(shù)參數(shù)
工作壓力(最高) ：17.2MPa
工作溫度(最高)： 343℃
工作介質(zhì)：去離子水
公稱直徑(主管道) ：100 mm
最大流量：110t/h
3、試驗(yàn)系統(tǒng)
3.1、系統(tǒng)構(gòu)成
核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)為模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是由循環(huán)泵、電加熱器、耐壓水箱、加壓泵、管道過濾器、冷卻器、穩(wěn)壓器、節(jié)流孔板、儀控設(shè)備、高壓氮?dú)馄�、系統(tǒng)臺(tái)架、各類閥門、彎頭三通及無縫鋼管等組成。穩(wěn)壓器上設(shè)有溫度、壓力及液位測點(diǎn)，以監(jiān)測試驗(yàn)過程中穩(wěn)壓器的運(yùn)行狀態(tài)。耐壓水箱設(shè)置了液位變送器，監(jiān)測水箱液位。在試驗(yàn)回路的相關(guān)地方設(shè)置壓力表、流量計(jì)及測溫元件，監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù)。
核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為可移動(dòng)式臺(tái)架，臺(tái)架分為上下兩層，其所有設(shè)備固定在系統(tǒng)自身的矩形鋼結(jié)構(gòu)臺(tái)架中，可實(shí)現(xiàn)整體吊裝。該回路主體框架采用矩形鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，矩形鋼結(jié)構(gòu)桁架為型鋼焊接而成。臺(tái)架地面鋪設(shè)不銹鋼花紋板。給排水設(shè)施及所有配電、控制線纜、信號(hào)線纜設(shè)置於臺(tái)架地面之下。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備布置緊湊、合理，便于安裝、操作及保養(yǎng)維修。
3.2、系統(tǒng)工藝流程
核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)在滿足總體技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，配合不同的試驗(yàn)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(yàn)。工藝流程見圖1。
圖1 核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程
3.3、試驗(yàn)回路功能
核級(jí)閥門試驗(yàn)回路為閉式循環(huán)系統(tǒng)。回路中循環(huán)泵提供的額定循環(huán)流量為110m3/h，循環(huán)泵由變頻器實(shí)施調(diào)速來調(diào)節(jié)流量變化。穩(wěn)壓器內(nèi)置加熱元件，由可編程控制器PLC 調(diào)功器進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓器充裝氮?dú)夥�(wěn)壓。系統(tǒng)的溫度壓力與穩(wěn)壓器水位值呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)回路中溫度升高時(shí)，壓力和水位亦相應(yīng)升高。反之壓力和水位則相應(yīng)降低。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)回路參數(shù)的調(diào)節(jié)只是對(duì)回路溫度的調(diào)節(jié)，即對(duì)加熱元件投入功率大小的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)功能由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成，能夠使回路的溫度和壓力控制在規(guī)定范圍內(nèi)。
試驗(yàn)回路設(shè)有超溫保護(hù)、超壓保護(hù)及用電設(shè)備故障保護(hù)等功能，以及系統(tǒng)報(bào)警和急停功能。試驗(yàn)回路在升溫升壓過程中設(shè)有現(xiàn)場手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式。實(shí)現(xiàn)升溫、升壓過程中升壓速率與升溫速率、電加熱功率調(diào)節(jié)和循環(huán)泵流量調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制。
計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)有良好的人機(jī)界面，可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)并記錄存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。隨時(shí)查閱時(shí)間與溫度曲線、時(shí)間與壓力曲線、壓力與溫度曲線，并設(shè)置壓力- 飽和溫度控制程序，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
�、� 實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示試驗(yàn)回路系統(tǒng)總貌畫面、準(zhǔn)備畫面、報(bào)警總貌畫面、參數(shù)顯示和設(shè)定畫面、閥門狀態(tài)畫面、控制回路畫面、實(shí)時(shí)趨勢畫面和歷史記錄畫面等，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行過程的實(shí)時(shí)控制及對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)視。
② 人工干預(yù)指令實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)回路設(shè)備的手動(dòng)控制。
�、� 實(shí)時(shí)/歷史趨勢曲線顯示試驗(yàn)回路所有工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)趨勢曲線，并可存儲(chǔ)歷史趨勢曲線或?qū)②厔萸�打印輸出。
�、� 故障報(bào)警管理實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警的實(shí)時(shí)控制及管理，可將故障事件報(bào)表打印輸出。
�、� 故障診斷通過對(duì)標(biāo)簽變量及PLC I/O 點(diǎn)狀態(tài)的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)快速故障診斷。
�、� 安全管理通過對(duì)HMI 的操作、管理及系統(tǒng)維護(hù)分別設(shè)置不同權(quán)限的安全密碼，從而實(shí)現(xiàn)分層次的安全管理。
�、� 操作指導(dǎo)將試驗(yàn)回路相關(guān)運(yùn)行工藝數(shù)據(jù)以數(shù)字或圖形畫面的形式提供，用于試驗(yàn)回路運(yùn)行作業(yè)的工藝操作指導(dǎo)，操作中可以通過HMI 界面的參數(shù)設(shè)定功能輸入某些無法直接從現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)及部分人工設(shè)定值，并可根據(jù)試驗(yàn)作業(yè)需要隨時(shí)修改上述設(shè)定值。
3.4、系統(tǒng)運(yùn)行
被試閥門裝入試驗(yàn)系統(tǒng)后，利用耐壓水箱出口管和加壓泵對(duì)試驗(yàn)回路和穩(wěn)壓器進(jìn)行充水放氣，全開電動(dòng)節(jié)流閥以排盡系統(tǒng)空氣，并使穩(wěn)壓器處于水實(shí)體狀態(tài)。充水放氣完成后，啟動(dòng)循環(huán)泵循環(huán)回路。根據(jù)運(yùn)行需要啟動(dòng)電加熱器對(duì)回路加熱，全開電動(dòng)節(jié)流閥，循環(huán)電加熱器產(chǎn)生的熱量。當(dāng)回路升溫速率大于2℃ /min 時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，手動(dòng)操作關(guān)閉加熱器以控制升溫速率，降低升溫過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。當(dāng)回路壓力、溫度滿足試驗(yàn)要求時(shí)，穩(wěn)壓器液位穩(wěn)定在2 /3 時(shí)，即可對(duì)被試閥進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，對(duì)回路溫度和壓力自動(dòng)控制。當(dāng)回路溫度高于設(shè)定溫度2℃或低于設(shè)定溫度2℃時(shí)，控制室發(fā)出高報(bào)或低報(bào)并自動(dòng)運(yùn)行電加熱器功率。當(dāng)回路壓力高于設(shè)定值0.2MPa 時(shí)，控制室發(fā)出高報(bào)。當(dāng)回路壓力低于設(shè)定值0. 2MPa 時(shí)，控制室發(fā)出低報(bào)�；芈穳毫σ部赏ㄟ^電動(dòng)節(jié)流閥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。真空技術(shù)網(wǎng)（http://genius-power.com/）認(rèn)為若試驗(yàn)系統(tǒng)溫度、壓力超過設(shè)定試驗(yàn)值，或需進(jìn)行冷熱交變?cè)囼?yàn)時(shí)，可通過冷卻器對(duì)回路進(jìn)行降溫、降壓。
閥門試驗(yàn)完成后，關(guān)閉所有加熱器，維持循環(huán)泵運(yùn)行。利用冷卻器對(duì)回路進(jìn)行降溫、降壓。降溫速率可通過冷卻器出口調(diào)節(jié)閥和冷卻水量來控制。當(dāng)系統(tǒng)溫度接近常溫常壓時(shí)，打開回路排氣閥和疏水閥，對(duì)回路進(jìn)行疏水。疏水結(jié)束后，拆除被試閥，對(duì)回路進(jìn)行干保養(yǎng)，已備下次進(jìn)行試驗(yàn)。
3.5、清潔
為滿足核級(jí)閥門清潔度的要求，在試驗(yàn)回路設(shè)計(jì)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(shè)備均采用奧氏體不銹鋼材料，在系統(tǒng)的高點(diǎn)設(shè)排氣孔，低點(diǎn)設(shè)排水孔。
5、結(jié)語
通過核級(jí)閥門試驗(yàn)系統(tǒng)，可完成核島和常規(guī)島中使用冷卻劑或其他高溫液體為介質(zhì)的閥門功能試驗(yàn)項(xiàng)目。核級(jí)閥門試驗(yàn)回路建設(shè)，將使配套關(guān)鍵閥門及其他核級(jí)閥門研發(fā)能力、產(chǎn)品技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性方面有很大提高。能滿足核級(jí)閥門產(chǎn)品的功能性試驗(yàn)，同時(shí)具備科研項(xiàng)目及核級(jí)閥門樣機(jī)鑒定試驗(yàn)的要求。
