1 概述    

核電閥門是指在核電站中核島（N1）、常規(guī)島（CI）和電站輔助設施（BOP）系統(tǒng)中使用的閥門。核安全分為安全級別Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ核安全等級和非核級Ⅰ最高等級要求。可分為設計規(guī)范等級C1級、C2級及C3級。壓力組可分為Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ組。核電閥是核電站中使用較多的介質輸送控制設備，是核電站安全運行的重要組成部分。

2 閥門設計

2.1 小口徑截止閥

（1）C一級小直徑截止閥

C1級小直徑截止閥的閥體和閥蓋應設計為整體。閥體和閥蓋可以密封連接。如無其他特殊規(guī)定，焊接應在工廠內(nèi)完成。閥體和閥蓋采用鍛件、模鍛或軋件焊接結構。截止閥禁止使用鑄鋼。用戶同意調節(jié)閥使用鑄鋼。

壓力Ⅰ組和Ⅱ組C由1級小直徑截止閥蓋和閥瓣組成的上密封面表面應堆焊硬質合金。Ⅲ組裝閥的非合金鋼閥蓋上的密封面應堆放焊接不銹鋼。如果閥門不是整體設計，其組件應焊接組裝，以消除通過密封面泄漏的風險。Ⅰ組和Ⅱ閥座和閥瓣的密封面為表面硬合金堆焊。Ⅲ除表面硬質合金堆焊的氣動截止閥外，組閥的密封面可為裸露的不銹鋼。閥座可焊接成型或焊接座圈。調節(jié)閥的閥座可與閥套集成。

C除使用旋轉閥桿的金屬隔膜閥外，一級小直徑截止閥只允許使用滑動閥桿。閥桿應拋光，與填料接觸部分的直徑公差應小于0.05mm。閥桿的精加工表面應保證不會由于閥桿與填料之間介質泄漏而產(chǎn)生腐蝕或侵蝕。閥瓣與閥桿可以輕微活動以便對中，但不能在閥桿上自由轉動。調節(jié)閥的閥瓣應固定在閥桿上。

（2）C二級小直徑截止閥

C如果2級小直徑截止閥為隔離閥和手動調節(jié)閥，則應為整體設計。閥體和閥蓋可以密封焊接或螺紋連接。如果沒有其他特殊規(guī)定，焊接應在工廠內(nèi)完成。然而，壓力級為10MPa（600Lb）以下閥門允許閥蓋用螺栓與閥體連接，以防止墊片密封結構過度壓縮。閥體和閥蓋采用鍛造、模鍛或軋件焊接結構。鑄鋼可用于第一Ⅲ壓力組。用于鑄鋼Ⅰ、Ⅱ壓力組的調節(jié)閥必須經(jīng)用戶同意。

閥蓋蓋和閥瓣組成的上密封面不需要表面焊接硬合金。不銹鋼應堆放在非合金鋼閥蓋的密封面上。Ⅱ組和Ⅲ組閥門的上密封面可直接設在閥桿上。當閥瓣由多個零件組成時，應采用點焊或機械方法裝配。壓力Ⅰ組和Ⅱ閥座和閥瓣密封面為表面堆焊硬質合金。Ⅲ組閥的密封面必須是表面焊接硬合金的氣動截止閥，其余可為裸露的不銹鋼。閥座可以焊接或焊接到座圈上。調節(jié)閥的閥座可與閥套集成。

除金屬隔膜閥可采用旋轉閥桿外，只允許不旋轉閥桿。閥桿表面應無撓度，與填料接觸部分的直徑公差應小于0.05mm。閥瓣和閥桿可以輕微移動，以調當調整，但不能在閥桿上自由旋轉。

（3）C三級小直徑截止閥

C三級小直徑截止閥的閥體與閥蓋采用凹凸法蘭連接，法蘭之間安裝密封墊片，用螺栓緊固。如無特殊規(guī)定，也可采用非焊接螺栓連接。鑄鋼制造閥體和閥蓋。Ⅱ組的閥門可采用閥桿上的密封結構。如果上密封面在非整體設計的閥門上，則應焊接閥門的組合部件。Ⅲ組的閥門不一定要密封。Ⅰ組和Ⅱ組閥座和閥閥密封表面堆焊硬質合金。Ⅲ組閥的密封面質合金氣動截止閥外，組閥的密封面可為裸露不銹鋼。閥座可焊接成型或焊接座圈。調節(jié)閥的閥座可與閥套集成。

閥桿表面應無撓度，與填料接觸部分的直徑公差應小于0.05mm。填料函的內(nèi)表面應精加工。閥瓣與閥桿可輕微移動，以調節(jié)對中，但不能在閥桿上自由旋轉。

2.2 閘閥和大直徑截止閥

（1）C1級閥門

C一級閥門的閥體可采用鍛鋼和鑄鋼。當壓力邊界上的焊縫可用射線或鍛造焊接結構進行檢查時。各壓力組的閘閥、大直徑截止閥和調節(jié)閥的閥體和閥蓋用螺栓和壓力自密封連接。如有特殊要求，閥體和閥蓋可用唇螺栓密封。

閥蓋上的密封面應堆焊硬質合金或不銹鋼(最小硬度25HRC）。用于過熱蒸汽的閥桿上密封面應堆焊硬質合金，或13%~17%Cr不銹鋼(最小硬度20HRC）。硬質合金應堆焊在閥座和閥瓣密封面表面。

閥桿應無撓度，表面應，最大表面粗糙度Ra=0.4μm。閥桿直徑公差小于0.1mm。填料函最大表面粗糙度Ra=1.6μm。

（2）C2級閥門

C二級閥體可采用鍛鋼和鑄鋼制成。當壓力邊界上的焊縫可用射線或鍛造焊接結構進行檢查時。各壓力級閥體與閥蓋的連接采用壓力自密封和帶密封的螺栓連接。壓力級5.0MPa以上級別采用凹凸配合面和全嵌入式墊片。如有要求，閥體與閥蓋的連接應采用凹凸墊片、密封唇和螺栓固定。閥蓋與閥桿上的密封面可焊接硬合金。不銹鋼應堆放在非合金鋼閥蓋的密封面上。

閥桿應無撓度，表面應研磨，與填料接觸的閥桿直徑公差應小于0.1mm。填料函內(nèi)表面的粗糙度Ramax=1.6μm。

密封面的一個表面(閥座或閘板)堆焊硬質合金。另一個表面在壓力級≥6.8MPa（400Lb）硬質合金堆焊時，壓力級≤5.0MPa（300Lb）堆焊不銹鋼。

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（3）C3級閥門

C三級閥體可采用鍛鋼、鑄鋼或軋件焊接而成。閥體和閥蓋應用密封螺栓連接。墊片可以是非嵌入式的。閥蓋和閥桿上的密封面可以堆放和焊接硬合金。壓力級6.8MPa（400Lb）閥門密封面應在表面焊接硬合金，閘板與閥座的硬度差異較大，壓力級為5.0MPa（300Lb）以下閥門密封面應堆焊不銹鋼。

閥桿應無撓度，表面應研磨，與填料接觸部分的閥桿直徑公差應小于0.1mm，表面粗糙度Ramax=0.8μm。填料函表面粗糙度Ramax=1.6μm。

2.3 止回閥

一般來說，小直徑截止閥、大直徑截止閥和閘閥對閥體與閥蓋之間連接的規(guī)定也適用于提升止回閥和旋轉止回閥。（1）小直徑提升止回閥小直徑提升止回閥桿的導向部分應有足夠的長度，使閥門無障礙自由移動。導向機構應有平衡孔，以避免活塞效應。

C1類升降止回閥的閥瓣和閥座密封面應堆焊硬質合金。禁止使用錐形座和錐形環(huán)形座。C2類升降式止回閥壓力Ⅰ和Ⅱ組閥的密封面應為表面堆焊硬質合金。根據(jù)操作條件，合成橡膠閥座可用作非核標準閥的另一個密封面。Ⅲ組閥不需要表面硬合金堆焊。合成橡膠閥座可用作密封面。如果是分離的，可以焊接。

(2)旋啟式止回閥

旋啟止回閥各壓力組的旋啟止回閥C1和C二級閥及壓力Ⅱ組的C三級閥門的閥座和表面應堆焊硬質合金。Ⅲ組的C3類閥門的密封面應堆放在不銹鋼或硬合金上。無論閥門中是否有介質，閥門都應自重返回關閉位置。如果可能，閥門應浸入閥門中的介質中。閥門與搖桿連接機構應有足夠的擺動空間，以確保閥門準確返回座椅。閥門的相對搖桿不能旋轉。核標準閥的搖桿銷軸不得穿透閥體。如果閥座是分離的，則可以焊接。

2.4 球閥

一般情況下，球閥應設計為直通式，即閥口不小于接管橫截面的80%.大球體應向上下導向，禁止使用潤滑劑。閥體可采用鑄鋼、鍛鋼、軋制或鍛造型材。閥桿應插入球體，并配備安全裝置，以防止球與閥桿相對旋轉。閥桿應與閥體中的導向襯套對齊。閥桿的密封表面應研磨，C1和C2級閥門R_amax=0.4μm，C3類閥門R_amax=0.8μm。應采用閥桿密封O圓圈。球面粗糙度。R_amax=0.4μm。閥座應采用合成橡膠。球體的運動應由兩個限位裝置組成，一個用于全開位置，另一個用于關閉位置。

3通用設計

3.1 閥門開關

閥門應滿足每天至少4次開關循環(huán)，并能承受1500次開關循環(huán)。閥門應連續(xù)工作至少10年，除潤滑、填料重新壓縮、填料異常損壞時更換、必要時螺栓緊固外。壓力外殼部件的設計壽命為40年。

3.2 操作壓差

除設備技術規(guī)范另有規(guī)定外，非合金鋼和奧氏體不銹鋼閥的工作溫度為400℃下鉻合金鋼閥的操作壓差（△P）工作壓力應等于最大允許。

3.3 手動傳動裝置

手動閥的傳動裝置應能在壓差等于操作壓差△P開關閥門時，手輪的總操作力不得超過300N，行程起止時間不超過600N。允許使用減速裝置。無論是否使用減速裝置，手動傳動裝置的切向操作使用減速裝置。N閥門不得永久變形。截止閥的密封面不得損壞。

備用手動傳動裝置氣動閥手輪的總操作力不得超過300N，行程起止時間不超過6000N。

電動閥備用手動傳動裝置應符合《壓水堆核電廠閥門電動裝置》的規(guī)定。

3.4 壓降系數(shù)

當閥門完全打開時，閘閥和球閥的壓降系數(shù)（L/D）應＜13，截止閥和三通閥的壓降系數(shù)應＜140，旋啟式止回閥和隔膜閥的壓降系數(shù)應＜135，調節(jié)閥和升降式止回閥的壓降系數(shù)應＜340。

3.5 閥門與管道連接

除另有規(guī)定外，閥門與管道的連接可采用焊接型、法蘭型和螺紋型。

（1）焊接型

承插焊用于≤DN25（1in.）閥門與管道的連接。對接焊用于≥DN閥門與管道的連接。

（2）法蘭型

法蘭應符合ASMEB16.5.管道法蘭和法蘭管件的規(guī)定。在輸送放射性介質的回路上，也可包括密封焊（如密封唇焊）。

（3）螺紋型

   非儀表氣壓縮空氣系統(tǒng)可采用螺紋連接。

3.6 閥桿和填料

除另有規(guī)定外，閥桿的螺紋部分不得與輸送流體接觸，閥桿和閥桿的螺母部件應自鎖。閥桿和填料應耐各種腐蝕。填料應滿足要求Q/BU.J1502-93要求。填料應由石墨和膨脹石墨制成。

3.7 硬質合金表面堆焊

盡量避免12%~17%Cr鈷基硬質合金堆放在不銹鋼上。核標準閥應符合《核島機械設備設計與施工規(guī)則》S《碳鋼、低合金鋼或合金鋼耐磨堆焊條例》。

3.8 驅動裝置

當手輪順時針旋轉時，閥門關閉，箭頭標記方向和開和關字樣。

(1)手動裝置

手動閘閥的設計應允許更換電動驅動機構。旋轉90°手柄長度與閥門尺寸有關。在開啟位置，手柄與介質流向相同。為減少錯誤，手柄應配備防止誤操作的裝置，以確保手柄僅固定在同一位置。

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(2)電氣裝置

電動應優(yōu)先考慮手動和電動操作。手輪應自動從驅動機構中分離出來。閥桿螺母不得與電動驅動機構集成。電動驅動機構不得從閥桿上拆卸螺母。備用手動操作裝置，當配備減速比大于10的齒輪減速裝置時，應配備扭矩開關動作視覺指示器。電動執(zhí)行機構也應滿意EJ/T1022.11.閥門與執(zhí)行機構的連接應自鎖，電機必須防水防塵(防護等級)IP55）絕緣性能應適應運行條件。扭矩開關的操作模式應允許兩個轉向驅動。扭矩開關應為測力計，過載時可跳閘。截止閥和隔膜閥必須保證連續(xù)可靠的閥瓣密封。

平行閘閥和球閥在正常關閉過程中，當閥瓣到達指定位置時，電動執(zhí)行機構由限位開關停止。扭矩開關只在限位開關故障或操作事故發(fā)生時使用。全開關由限位開關操作。扭矩開關作為備用。在正常關閉過程中，楔形閘閥、平行雙閘門閘閥和截止閥驅動閥瓣移動，由扭矩開關停止，限位開關可作為位置探測器。全開關由限位開關操作，扭矩開關備用。

(3)氣動裝置

氣動閥應采用手動操作裝置作為備用裝置（除其他規(guī)定外）。設計應使操作裝置的拆卸過程確保介質不泄漏到外部。除非特別說明，所有氣動閥應設置備用手動操作機構，并應具有開關位置指示、中間位置指示（如有要求）、鎖定在中間位置（如有要求）和易于拆卸。

對于調節(jié)閥，制造商應準備執(zhí)行機構的尺寸報告，所有參數(shù)必須經(jīng)過驗證和認可。執(zhí)行機構的上殼應可拆卸。儀器采用壓縮空氣分配系統(tǒng)（SAR）壓力見閥門采購要求和清單。執(zhí)行機構應能夠在閥門清單下，執(zhí)行機構應能夠在氣源壓力范圍內(nèi)執(zhí)行其功能。當閥門承受壓力時，執(zhí)行機構應能夠拆卸。通常，除帶填料壓縮裝置的調節(jié)閥外，執(zhí)行機構應在不影響閥桿密封的前提下設計為可拆卸型。

執(zhí)行機構應具有儲存能量的特點，使閥門在失去氣源或電源時能夠恢復到故障-安全位置的開關）。故障-安全位置由閥門采購要求和清單確定。該系統(tǒng)應使閥門在最大壓差和特殊環(huán)境條件下保持在故障-安全位置。

3.9 位置指示器

所有閥門應有清晰的開關位置指示標志。所有電動閥應配備閥門位置視覺指示器。對于平行閘閥，閥門回座應在關閉位置。閥桿限位開關應具有指示和控制功能的電觸點。電動閥限位開關的要求應符合壓水堆核電廠閥電動裝置的規(guī)定。

3.10 填料函引泄漏

為保證核標準級閥門閥桿的密封性，應采用雙填料中間引漏環(huán)和引漏接管結構（有特殊規(guī)定除外）。引漏管應為10cm長，21.3mm×2.77mm的平直管。

3.11 其他裝置

除電動閥外，所有隔離閥均應有鎖定裝置，使閥門鎖定在開關位置。

楔形閘閥應設計防止閥桿在閥體內(nèi)旋轉，以免損壞密封面。

機械鎖緊裝置應設計在承壓邊界內(nèi)的螺栓。

3.12 閥門零部件材料

若閥體為不銹鋼，則與輸送介質接觸的其它部件也應采用不銹鋼。

3.13 互換性

   相同類型閥門的所有相同部件應相互交換。

3.14 搬運

重量大于30kg閥門應有吊耳，或在圖中注明起吊位置。

4 結語

根據(jù)核電閥運行的實際情況，核電閥的技術特點和要求比火力發(fā)電和水力發(fā)電閥嚴格。除傳統(tǒng)閥的技術要求外，核電閥的技術要求和制造工藝還應進行有限元分析和抗震計算分析、薄膜應力極限計算、薄膜應力 彎曲應力極限計算、一次加二次應力變化極限計算和填料函防泄漏結構設計，重點關注介質雜質污染、環(huán)境溫度、運行溫度、環(huán)境濕度、放射性、直流電源和電壓波動、地震振動條件下穩(wěn)定性的技術要求和安全等級。