核一级高压截止阀结构分析与研究

发布时间：2020-07-12 00:58

【摘要】：核一级高压截止阀作为反应堆冷却剂系统及其辅助系统(化学容积控制系统)的重要设备。在正常运行时,一般处于常开状态;在紧急工况下,在系统中起隔离作用;系统的运行温度高、压力高、工况苛刻,运行介质为带一定放射性的反应堆冷却剂。以反应堆冷却剂系统测温旁路所采用的核一级高压截止阀为例,其所处的应用环境非常复杂,要求设备无论是在开启状态还是关闭状态,都要能保证其结构完整性;另一方面,当停堆检修时,因介质带有一定的放射性,要求必须快速完成检修。因此,研究核一级截止阀的快速检修结构并且对其进行强度分析就非常有意义。目前,国内百万千瓦核电机组普遍采用螺纹阀盖加唇边焊的结构,此类结构具有结构紧凑、壳体强度高,可靠性好等优点,但在快速检修方面存在一定的不足:一方面由于唇边为焊接结构,拆装过程复杂,在线检修难以确保在短时间内完成检修;另一方面,因现场拆装条件远远不如制造厂的拆装条件,难以确保拆检后回装的阀门各项性能指标完全达到出厂标准。为解决快速检修问题,Velan阀门公司设计制造了RAMA系列截止阀,其可以实现十五分钟快速更换内件,很好的解决了目前国内此类阀门拆装过程复杂、检修时间长的问题,同时也很好地保证了阀门拆检回装后的性能,但其也存在内件使用寿命短,需定期更换的缺点。本课题通过对目前国内外核一级高压截止阀结构进行对比分析,充分考虑核电阀门的强度、可靠性要求和快速检修要求,结合目前国内外阀门的优缺点进行了全新的阀门结构设计,并采用Solidworks软件建立阀门三维结构模型,并对其压力边界按工况压力进行理论强度计算和ANSYS有限元应力分析。通过与设计输入要求对比,确定新型阀门结构不仅满足快速检修的要求,同时满足核一级阀门高可靠性要求。最终结果表明本文所研究的阀门结构符合设计要求。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL353.11
【图文】：

系统流程图,系统流程图,高压截止阀,反应堆冷却剂系统

核一级高压截止阀结构分析与研究第 2 章系统工况及国内外同类阀门结构分析.1 阀门系统工况介绍.1.1 反应堆冷却剂系统本文所研究的核一级高压截止阀主要用于 900MWe 压水堆核电厂反应堆冷却剂一回路辅助系统。本章介绍该系统内主要设备（压水反应堆、蒸汽发生器、冷却剂压器及卸压箱）的作用及组成，反应堆冷却剂系统与其辅助系统之间的联系和运，介绍核一级高压截止阀在系统中的作用[9]。

系统流程图,系统流程图,反应堆冷却剂

图 2.2 RCV 系统流程图化学和容积控制系统的主要功能：（1）容积控制：通过系统的上充和下泄功能维持稳压器水位，保证一回路水容积维持在一个稳定的水平；（2）反应性控制：与反应堆硼和水的补给系统（REA 系统）相配合，调节反应堆冷却剂中的硼浓度以跟踪反应堆的缓慢的反应性变化；（3）化学控制：控制反应堆冷却剂的 PH 值，氧含量和其他容积气体含量，防止腐蚀，裂变气体积聚和爆炸，降低冷却剂放射性水平，净化冷却剂。核一级高压截止阀在 RCV 系统中（如图 2.2 中云线标示），主要用于控制由 RCV 系统流向轴封水系统的高压冷水（即轴封水），抑制反应堆冷却剂向上流动造成外泄漏。此阀门一旦发生泄漏，一方面将导致主泵轴承缺少润滑，另一方面将可能导致带放射性的反应堆冷却剂泄漏。2.2 国内外同类阀门结构分析

阀门,唇边,中腔,样机

图 2.3 目前国内普遍采用的阀门结构从技术上分析，国内目前核一级截止阀普遍采用了经典的螺纹阀盖设计，此结构紧凑的特点，常被用于空间布置不充裕的场所如核电站、小型反应堆等项目封采用金属垫片加唇边焊接辅助密封结构（如图 2.3），具有密封性保持持续周期可靠的特点，可大大减少由于密封件本身失效导致的检修频次。此种结构的阀门我公司共研制了 3 台样机，公称通径为 DN15、DN25、DN50，公 1690 磅，样机均经过 17.2MPa、343℃模拟系统工况条件的 2000 次热态寿命试冷热交变试验，最终检查显示阀门中腔密封良好，无可见泄露。该类型的阀门期和二期扩建项目上被广泛使用，未有中腔泄露的问题发生。从样机验证的结业绩来看，此类阀门的结构设计是可靠的，其最大的优点就是：如无其他人为因可以实现寿期内免维护。另外，每个核电机组在正式投入运行前均需要进行严调试，基本能将阀门本身的泄露问题和管道安装过程中导致阀门损伤等问题提来，这些问题处理完成后，在正常的系统运行过程中基本不会出现大规模的泄由于此种中腔密封结构因采用了唇边密封焊[12]，因此当需要对此类阀门进行维很大的不便其维修工序主要包括以下几点：1.采用专用切割工具准确切割唇边

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