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核級閥門執行機構自主化現狀及建議
 

一、前言
    核級閥門主要是指在核電站中核島N1、常規島CI和電站輔助設施BOP系統中使用的閥門。從安全級別上分為核安全Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、非核級。其中核安全Ⅰ級要求最高。核電站因為存在著放射性輻照風險,為了有效地控制放射性輻照對運行和檢修人員的傷害,提高運營機組的自動化水平,在設計上選用了大量能遠程控制的核級閥門,通過主控室的按鈕控制這些閥門開啟和關閉,滿足系統運行需要。核級閥門在核電站中是使用數量較多的介質輸送控制設備,是核電站安全運行中的必不可少的重要組成部分。據統計一座具有兩臺100萬kW機組的核電站有各類閥門近3萬臺。閥門單位:上海劍閥閥門有限公司
    目前,我國核電站中使用的閥門,除秦山一期、二期中使用部分國產閥門外,其他核島和常規島部分所用閥門幾乎全部進口。這種現況和《國家核電中長期發展規劃》(2005~2020)的出臺,為核級閥門自主化提供了良好的發展機遇。閥門由執行機構和閥門本體構成。核級執行機構是核級閥門的驅動機構,是事關核級閥門性能的重要設備,可以說沒有核級執行機構的自主化,就不可能真正實現核級閥門的自主化,打破國外企業在核級閥門產品技術和價格方面的壟斷和擺脫對國外產品的依賴,同時核級執行機構的自主化亦有利于國內企業的技術進步,可見核級執行機構自主化意義重大。
    揚州電力設備修造廠(以下簡稱揚修廠)系國家電網公司江蘇省電力公司全資子公司,國家級高新技術企業、德國西門子公司執行機構許可證產品制造工廠。揚修廠具有30多年設計、制造閥門執行機構的經驗,在核級電動、氣動執行機構自主化方面走在了同行的前列,是首批獲得國家核安全局頒發的“民用核安全電氣設備設計、制造許可證”的執行機構生產企業。
    二、核級電動執行機構自主化歷程
    1.核級閥門電動執行機構的歷程
    揚修廠核級電動執行機構的研發大大體經歷了三個階段:
    (1)第一階段1997年~1999年,引進國外知名公司的核級產品樣機進行相關比照試驗,積累經驗階段。在引進、消化并掌握德國西門子公司2SA3系列電動執行機構的技術基礎上,我廠又從德國西門子公司引進了一臺型號為M76372-G1261-K446-FA22+L18+R14的核級電動執行機構樣機,按1E級K1類的標準要求進行各項性能驗證性試驗。在進行地震試驗時,又用一臺我廠生產的2SA3電動執行機構與該樣機一同進行試驗,以了解地震振動對電動執行機構整體結構的影響。通過對樣機驗證性試驗和分析,比對相關標準和規范,積累1E級K1類電動裝置的設計數據和經驗。
    (2)第二階段2001年~2005年聯合研究所、設計院合作研發階段。由設計院提出技術要求、鑒定試驗大綱,我廠負責樣機的方案設計、技術設計、樣機制造并負責樣機鑒定試驗的實施。通過聯合開發使我們對閥門電動裝置從不了解到了解,并生產出滿足核電廠需求,受到用戶好評的產品。
    (3)第三階段2006年至今的自主研發階段。在多年研發核級電動執行機構的基礎上,開發擁有完全自主知識產權的核級閥門執行機構,滿足用戶替代進口的要求。
    揚修廠自1997年開始研制核級電動執行機構以來,經過充分消化、吸收國內外標準等技術資料,通過與核工業第二研究設計院、上海核工程研究設計院、中國核動力研究設計院、田灣核電站等科研院所和用戶單位進行合作探討。先后分別開發出1E級(K1、K2、K3類)2HA3系列核級多回轉電動執行機構、1E級K3類SDQH系列核級整體式小轉矩部分回轉電動執行機構、帶緩沖裝置的1E級K1、K2、K3類閥門電動執行機構、1E級K2類核級小轉矩多回轉閥門電動裝置等。上述產品經過了全面的性能和安全方面的試驗驗證,完全滿足了技術規格書和相關標準中規定的各項要求,相繼通過了核級產品的評審和鑒定,獲得權威部門和相關專家的認可。鑒定情況詳見表1。     
表1 核級電動執行機構鑒定一覽表

    2.目前已具備批量生產條件的核級電動執行機構種類(見表2)
表2 閥門種類及技術參數


    3.核級電動執行機構應用情況
    揚修廠自2003年開始進入核級閥門電動執行機構核電實際應用階段,截止到2009年底共銷售各種型號的核級電動執行機構產品1704臺,其中K1類產品240臺,K2類產品41臺,K3類產品1423臺。產品分別應用于田灣、秦山、嶺澳、紅沿河、寧德、陽江等核電站和巴基斯坦C2、401快堆、軍工等項目領域。
    4.自主化產品與國外同類產品的對比(見表3)

表3 K1類閥門電動執行機構產品試驗數據對比

    由于標準的差異,試驗數據有所不同,但無本質區別。所以揚修廠自主化產品與法國伯納德產品相當,可完全滿足二代加核電機組的配套使用要求。
    三、核級閥門氣動執行機構的現狀
    1.自主化研制開發情況
    鑒于當時核電站使用的核級閥門氣動執行機構全部依賴進口,而國內沒有生產核級閥門氣動執行機構的單位的情況,確定了在消化國外同類產品技術的基礎上,結合國內的實際應用情況進行自主化研制的路線,根據閥門廠閥門自主化的需求,決定先進行膜片式核級閥門氣動執行機構的開發。
    2007年以來,我廠參照國外同類產品結構,先后開發了用于DN20截止閥、DN50截止閥、DN20隔膜閥、DN80隔膜閥和DN100比例噴霧閥等5種規格型號的膜片式氣動執行機構樣機多臺。按照標準EJ/T1022.12-1996《壓水堆核電廠閥門氣動裝置》、EJ/T531-2001《核電廠安全級閥門驅動裝置的鑒定》中的規定進行了型式試驗,試驗結果樣機滿足標準規定要求。2009年6月,通過國家能源局和中國機械工業聯合會聯合主持的樣機鑒定,達到K2類水平。
    目前正在進行核級氣動執行機構的系列化(含1E級K1類)開發工作,系列化開發的技術設計已于2010年5月初通過了國家能源局和中國機械工業聯合會組織的專家評審,得到了與會領導、專家、閥門廠家及業主代表的一致高度認可,為下一步的樣機制作、鑒定試驗及實際工況應用工作奠定了非常好的基礎。
    2.配套件國產化情況
    核級氣動執行機構的工況比較嚴酷,對配套件的要求比較特殊,國內目前的標準產品不能滿足核電工況要求。我廠了解了國內相關產品的技術水平和配套能力,通過與配套件生產廠家及專業技術人員的反復交流和探討,明確了有關K2類配套件的技術要求,定制了一批核級氣動執行機構的專用膜片、減壓閥、電磁閥等,并對定制的膜片、電磁閥、減壓閥等進行了機械老化、熱老化、輻照老化等性能試驗,為下一步的產品開發作好準備。
    3.核級氣動產品應用情況
    作為樣機已提供多臺給中核蘇閥、大連大高等閥門公司與閥門進行配套試驗。
    自主化的核級氣動執行機構尚無工程的實際應用。
    四、積極參與核電標準的制、修訂工作,將企業自主創新的成果轉化為標準
    我廠系全國閥門標準化技術委員會委員單位、過程控制與測量標準技術委員會TC124/SC4和SC5委員單位、電站閥門標準化技術委員會委員單位,電力行業標準DL/T641《電站閥門電動執行機構》和DL/T642《隔爆型電站閥門電動裝置》主要起草單位。
    現有1996版核級執行機構標準取到了關鍵性的指導作用,是核級產品開發的主要依據之一。隨著國內外核電技術、執行機構本身的技術發展及目前國內核電機組的建設情況,對1996版標準進行適當修訂是必要且及時的,我廠積極參與了EJ/T1022.11《壓水堆核電廠閥門第11部分:電動裝置》和EJ/T1022.12《壓水堆核電廠閥門第12部分:氣動裝置》的修訂工作,將企業自主創新的成果轉化為標準,充分體現目前國內的核電機組的技術特點、國內的制造水平、配套能力及試驗手段等條件要求,使其更加便于實施與運用,更具權威性。目前這兩個標準的修訂工作已到了報批階段。我廠還承擔了《核電廠安全級閥門電動裝置質量鑒定試驗規則》標準的制訂和《核電廠安全級閥門驅動裝置質量鑒定》標準的修訂的牽頭工作,目前各項工作正在有序進行。
    五、核級執行機構自主化的思考與建議
    1.目前存在的問題
    核電產品自主化應是從核級產品的技術要求確定、產品設計、樣機研制、鑒定試驗、產品制造到產品的實際應用的全過程,涉及到業主單位、設計院、制造單位。目前存在以下幾方面的問題。
 


    1)供貨批量小。核級產品的前期樣機研制投入大,批量生產的制造成本也高。目前來看,企業的投入與產出不匹配,一定程度上影響了企業的積極性,制約了企業的進一步發展。
    2)國內配套能力不夠,配套件采購困難。配套件廠家對核電市場不夠了解,同時配套件的研發投入也大,影響了廠家研發核級產品配套件的積極性。采用進口配套件,則價格高,交貨期長。
    3)受國內核級閥門及其執行機構的試驗測試手段所限,以及技術、管理等原因,目前核級閥門及其執行機構產品的可靠性數據少,自動控制水平較低、產品的質量還不夠穩定,導致核電站業主不愿或不輕易采用國內生產的核電站關鍵部位用核電閥門及其執行機構。
    2.幾點建議
    核級產品的自主化如果缺少實際應用環節,則不能說實現了產品自主化,也不能形成核電安全、穩定運行的技術裝備保障。因此建議:
    1)由國家能源局、中國機械工業聯合會牽頭,構建業主單位、設計院和制造單位的聯動機制,以項目為依托成立核級閥門執行機構自主化聯合工作小組,由業主提出應用需求,設計院提供技術支撐,閥門廠和執行機構制造廠具體實施,明確自主化工作內容、技術要求,制訂詳細工作計劃。各相關單位主要工作內容分工如下:由業主負責提出自主化閥門及執行機構的采購需求,提出自主化閥門及執行機構的采購需求,對核電設備制造廠人員進行技術培訓以及自主化執行機構的實際工況應用和信息反饋等工作;由設計院負責提供國外同類產品的技術信息,提出自主化執行機構的設計要求,試驗要求并指導鑒定試驗等工作;執行機構的制造單位則負責樣機設計、制造、鑒定試驗及批量制造工作。
    2)由國家能源局協調明確:國內具備供貨能力的產品,業主優先使用;常規島產品,優先選用國內產品。
    3)近期采用進口配套件。建議國家能源局、中國機械工業聯合會協調組織國內骨干企業進行核級執行機構配套件的自主化開發。
    4)盡快進一步補充完善我國的核電閥門及其執行機構的技術標準和規范。將現有的EJ、GB等標準按ASME、RCC-E等標準補充完善,符合國情,提高可操作性,以利于國內核電閥門及其執行機構在設計、選材、制造、檢驗等各個環節上能夠達到自主化。
    5)核電是以安全可靠為第一原則的。希望國家及各相關單位在技術、人才、政策、軟件、硬件、管理諸方面采取有效措施提高核級閥門及其執行機構產品的技術水平,保持質量穩定,以盡快適應核電閥門自主化要求的步伐,滿足國家核電設備逐步國產化的需要。

 

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