核电站阀门基础.pdf

核电站阀门基础目录阀门介绍1.阀门基本结构2.核电站阀门分类二.阀门驱动装置1.手动装置2.电动驱动器3.气动驱动器三.阀门标识四.附录：1.阀门RIN码栏目2.核级阀门选录前阀门在核电站整体中是一个庞大的群体。它不仅数目巨大，而且种类、规 格繁多，分布范围广泛，遍及核电站每一回路、系统。它无处不在，每个区域,每个房间。根据大亚湾核电站数据统计，阀门总数超过12000个，阀门种类达 到16个生产厂家的30多种类型，口径从DN8DN1200的多种规格。这些阀门 分布在各个系统回路中，起到非常关键的功用。安装过程中的系统水压实验和 调试，阀门用于联接或隔断回路。在核电站运行过程中，它用于调节系统介质 的压力和流量，还有隔流、分流和改变流向的功能。卸压阀和安全阀确保各个 系统和整个核电站安全运行。阀门安装进度的快慢和安装质量的好坏，直接影响整个核电站的安装进度 和核电站的安全高效运行。我们只有在充分了解并掌握了各种阀门的属性、结 构、构造、技术参数及其工作原理的前提下，才有可能有效地对阀门进行安装、调试、维护、维修等工作。一阀门介绍1.1阀门基本构造如图1-1所示阀门是核电站最基本、最简单，也是应用最广泛的一种阀门。其基本构造为：(1)阀芯：阀芯作为阀门的内部结构，当它达到阀座的位置，通过与阀座接 触、离脱来对介质进行隔断、放行或控制流量。阀芯的形状根据厂家的 规格和不同的操作系统而不同。核电站所用的阀门一般阀芯都经锻造和机加工而成。而在高温、高压系 统中的阀门阀芯在锻造过程中，表面被淬硬而且金属镀膜，或者3在阀 芯接触表面进行硬质合金处理，使它在高温、高压、强酸等环境中持久、耐磨。(2)阀座阀座的设计是通过与阀芯的接触密合匹配来进行阀门的各种功能操作。它的形状根据阀芯的形状而定。阀座的材质又根据阀芯的材质和阀门所在系统环境而确定。一般来讲，阀座的饿材质要比阀芯材质硬度略低，因阀门操作时，要通过阀芯挤压 阀座使其变形而达到密封的效果。青铜和聚四氟乙烯用在低压、低温系统，而对高温、高压系统要用硬质 合金来屏蔽阀座，如用鸨、钻、铭合金。（3）阀帽阀帽是支附在阀体上，通常以螺栓联接、螺纹联接及焊接的方式与阀体 联在一起。它支悬阀体中的内部结构而且构成阀芯提升的内部空间，而 对自动阀，它又成为驱动器的支承体。阀帽在阀杆通过的中腔形成内陷而成为填料腔，阀门装填在其中防止从 阀杆处的外泄漏。在核级阀的阀帽内，有一经硬质合金处理的后阀座，可以起到当盘根失 效，或更换盘根时防止介质从阀杆处向外泄漏。（4）阀杆阀杆向上联接手轮或驱动器，向下联接阀芯。通过阀杆把手轮或驱动器 的运动传递到阀芯，而使阀门完成开启、关闭动作。而在阀杆中间部分,它又和阀帽一起形成填料腔，它和盘根相互挤压、摩擦过程中，提高永 久耐磨性，阀杆要经过表面淬硬或金属镀膜而后进行抛光处理。（5）填料组件填料组件由填料箱、盘根、盘根盘盖构成。填料箱已经介绍过，是由阀帽和阀杆形成空腔而成为盘根压放的空间。盘根是包绕在阀杆周围的一组环状弹性润滑体，核电站阀门所用盘根由 弹性石墨环和渗石墨棉环共同组成。盘根压盖是为了固定盘根于填料箱内而设计的压盖，通过螺栓、螺帽压 迫盘根压盖，而挤压盘根而使其变形与阀杆密实接触而防止阀外部泄 漏。如发现从盘根处向外泄漏，只需调整压盖螺帽稍加力矩可使外部泄 漏终止。填料组件相互作用就形成了防止阀门外部泄漏的屏障。所以核级阀门填 料组件对控制回路外环境污染起到相当关键的作用。(6)阀体阀体作为阀门的最基本构件，根据系统环境的不同经整体铸造或锻造而 成。它与阀帽联成一体而形成阀门的压力腔，阀座或直接在阀体上加工 而成、或焊接在阀体上。通过阀体以焊接法兰或螺纹等方式，把阀门同 管段系统连接在一起。(7)手轮手轮是阀门的直接操作器。手轮的顺时针或逆时针方向运动，通过阀杆 使阀芯下落或提升来完成阀门的关闭、开启动作。对于自动阀，手轮又 成为应急装置。当驱动器故障或失效时，手轮可以完成阀门的操作。1.2阀门分类大亚湾核电站阀门分类标准有两类，一是按阀门的直接结构形式分类，这种 分类法简单、易懂。一经分类，我们可以对各种阀门的结构形式一目了然；一是按阀门的生产厂家来分类，这种分类法也是核电站较常用的一种方法，而且这种方法比较科学。因为核电站所有阀门的技术档案都是以厂家而分类 规范的。各种厂家的产品的技术标准和核级标准也有高有低。对于阀门我们 可以从厂家分类而知道其技术标准的高低。1.2.1 按结构形式分类阀门在系统中所执行的各种不同的功能，决定了它们不同的结构形式。根据 不同的要求，它们的材质也各不相同。阀门类型a.手动阀这类阀门都以手轮形式来对阀门进行操作。手动阀又是如下几类：（1）截止阀（2）闸板阀（3）柱塞阀（4）球阀（5）蝶阀（6）隔膜隔离阀（7）针形式阀b.逆止阀（止回阀）这类阀是在回路中以介质的压力正方向压迫而使阀门开放而放行介质。在介 质反向压迫阀芯使阀门关闭而禁止介质反向通行。分三类：（1）摆动式止回阀（2）升降式止回阀（3）截止止回阀c.压力阀压力阀是指阀门在系统压力作用下而动作的阀门。它一般安装在高压系统中 或容器中，用来界定系统的压力上限而使系统安全运行。分四类：（1）安全阀（2）液压操作阀（3）安全卸压阀（4）导压卸压阀d.自动控制阀相对手动阀，这种阀是以一套外力操纵系统来控制阀门的动作。可分为：（1）气动阀（2）液压操作阀（3）电动阀1.2.2按制造厂家分类核电站阀门安装和运行管理是按系统来进行。而对每个阀门的技术和档案管 理都按厂家来进行。有十几个阀门生产厂家为大亚湾核电站提供了 12000 个各种各类的阀门。(1)ALSTHOM-VELAN(SERGE)ALSTHOM-VELAN是大亚湾核电站主要的供货厂家，核电站有超过50%数量的阀门为此家供给。这种阀门应用范围广泛，在诸多系统中都可以使用。高温、高压、常温、常压等情况下，这种阀门都可以选择使用。结构形式有三种：截止阀、止回阀、闸板阀。(2)AMRIAMRI制造商是核电站蝶阀的唯一供货厂家。AMRI阀一般用在系统流量大,而温度和压力都不高的环境中，而且这种阀门可以做成特大口径。核电站 SEC系统中口径隔离阀就使用AMRI阀。(3)ARGUSARGUS是核电站阀门球阀的制造厂家。球阀(ARGUS)阀一般口径不太大,在DN150以下。ARGUS阀是典型的“开”或“关”类阀。它在系统中只有 两种状态，不会存在中间位置。ARGUS阀通过插套焊与管路联接，安装时 要特别注意焊接温度。在密封环的热影响区温度不得高于127,否则会烧 坏密封环。(4)DARLING-BOUVIERDARLING-BOUVIER阀习惯叫做DBR阀。DBR阀是核电站所用阀门技术 等级和核安全等级较高的阀。DARLING-BOUVIER 一般为大口径的止回阀 和闸板阀，用在通量较大、压力不是太高的系统中，有不锈钢和碳钢两种。(5)CRISSCRISS是核电站主蒸汽回路上的安全阀。它是由主阀和控制系统两大部分构 成，用来维持和控制主蒸汽回路的压力，起着安全卸压的功能，口径为 DN200o(6)FISHERFISHER阀是核电站阀门技术等级较高的阀门，它有调节阀和安全卸压阀两 种。在诸多系统都用到FISHER阀。调节阀一般分为阀门机械和电磁调节两 大系统。通过电磁调节阀门芯处于不同的位置和状态来调节阀门两个出口的 流量和压力。(7)ROCKWELROCKWEL阀是三个主蒸汽回路上的三个主蒸汽隔离阀。口径为DN800,阀体材质为碳钢，与VVP管线对按焊接联在一起。整个阀门分为三个组成 部分：阀门主体部分、液压驱动部分、电磁控制系统。(8)SEBIMSEBIM阀是稳压器上安装的安全阀，它对控制稳压器的正常压力起关键作 用。SEBIM阀是保障核电站安全运行的关键所在。SEBIM阀为四个重要组 成部分：先导安全阀、安全阀、控制系统、电磁系统。(9)SIERSSIERS阀是隔膜隔离阀的总称，也是其制造厂家。此阀结构简单，阀体有不 锈钢、碳钢、青铜，通过插套焊与管路联结。阀头主要由氯丁橡胶或天然橡 胶材质的阀芯和压盖构成，这种阀门适用范围较大，主要用在常温、常压或 气路系统中。(10)VELAN-RATEAU 阀(RVN)RVN阀一般为大口径的闸板阀和止回阀，材质为不锈钢。RVN阀承受的压 力和温度很高，用在高温、高压系统中用RCD系统中的RVN闸板阀和止回 阀是核电站这两种阀中技术等级和安全登记最高的。以上10个厂家阀门是核电站用得较多的，另外还有象SEGAULT TROUVAY-CALLVIN KEYSTON、MASONEILLAN 等厂家。因在核电站中数 目较少，这里不在一一介绍了。二阀门驱动装置 阀门在系统要实现它的开、关或调节动作，必须有操作器来作用在阀门上，用 外力开完成其动作过程。除止回阀和安全阀是由系统介质的动力来自动操作阀 门以外，其它所有阀门都有驱动装置来操纵阀门的动作。核电站阀门驱动器有四种：手轮操作器，电动驱动器、气动驱动器、液压驱动器。2.1 手轮操作器手轮作为阀门的一个基本构件，在阀门的驱动装置中，它是最基本、最普遍的 一种，其结构简单、易操作。一般阀门都采用手轮驱动器。手轮一般直接装在阀杆上或通过螺纹与阀杆匹配。顺时针方向转动手轮带动阀 杆向阀座方向移动而关闭阀门；逆时针方向转动手轮而提升阀杆而打开阀门。阀门驱动器设计原则是越简单越实用就越好，所以在核电站80%以上阀门都使 用手轮。手轮驱动器有一个很大的局限性。首先使用手轮驱动器的阀门必须是手能够够 得着的地方；其次阀门所在的环境不存在严重污染。所以在阀门手够不着的位 置，如：(1)阀门位于设备管路非常拥挤的地方或阀门位于高空地带；(2)阀 门位于强污染区时，而阀门又无任何必要采用自动驱动装置，一般设计一个延 伸操纵杆来联接手轮和阀杆，通过手轮作用远程操纵杆来操作阀门。手轮操作阀门时，压力和力矩要均匀，以免损坏阀门。我们应该知道一个原则:手轮设计的大小是根据一个人正常的力度来打开或关闭阀门，操作时不允许两 个人或两个以上的人来操作阀门，或在手轮上外加延长杆来操作。这样会有损 坏手轮的风险，更严重的回使阀门内部构件变形损坏。2.2 电动驱动器电动驱动器是自动驱动器的一种。它是由电机通过减速齿轮组合来操纵阀门，一般采用自动驱动器的阀门处于压力较高的系统。阀门开启力矩较大、行程大、或阀门要经常性进行开/关的往复操作，或阀门所处环境是强污染区域。电动驱动器用来开启和关闭阀门。电机和阀门的联合体我们成为M.O.Vo 如图2-1所示为“DYNATOR”系列饲服驱动器，由电机、减速齿轮组、力矩限 位器、限位器等部件组成。当要操作阀门时，由主控制室给一信号，启动电机运转。通过电机-蜗轮、蜗杆 联动机构，把运动传送到阀杆使阀杆提升而打开阀门。而当阀门全开时，位置 指示器连杆凸轮和限位器触点接触，接通限位器电路，而限位器把信号反馈到 主控室，同时电磁联合反应系统自动切断电机电源而使电机停转。当要关闭阀 门时，供电使电机反向运转，而达到全开状态后，位置指示器凸轮和限位器触 点反向接触。同样惦记电源自动切断，电机停转。限位器自动控制系统控制电 机挺机装置原理一般适用于无力矩限制的阀门上，如：闸板阀（平行闸板）、蝶 阀。而对于有力矩限制的阀门如截止阀、挠性闸板阀等阀，则有驱动器内力矩限位 器来控制电机的过荷运转。所以在电机驱动器中限位器和例句限位器的位置要准确调整到位。如调整不到 位，电机会在阀门不全开或不全关的位置自动断电、停转，而引起阀门误操作;而调整过头，电机有可能无限制的转动而达不到操作阀门的目的，更严重的后 果会在超力矩的情况挤弯或拉断阀杆，损坏阀门或烧毁电机。驱动器限位器和力矩限位器在阀门出厂前，已经过厂家调试完成，所以在拆卸 和维修过程中一般不去轻易在调。在某些特殊情况需调时，要按制造厂家的程 序和不同技术参数进行细致地调试，不允许有丝毫偏差。一般电机驱动装置上设计有手轮。通过离合器横杆操作可使电机和驱动装置脱 开，而使手轮和联动系统直接联接，用手轮来操作阀门。手轮作为应急装置，在电机失效或维修电机时，可用手轮开、关阀门。2.3 气动驱动器气动驱动器可分两种类型：活塞式和薄膜式。活塞式原理和结构比较简单，这里不做介绍。主要讨论核电站用得较广泛的薄膜式。如图2-2示，为一薄膜式气动驱动系统。主要由：供气系统、贮压气腔、金属弹簧片、薄膜等构成。气动驱动阀我们一般分为两类：常开阀和常关阀。如图2-2示的阀为常关阀，我们把薄膜作为一中间标准，金属弹簧片和阀座处于 薄膜的同一边。由于弹簧片的弹性变形会迫使阀门在无外力作用的情况下阀座 和阀芯脱离，使阀门保持常开状态，我们把这种阀叫常开阀。金属弹簧片和阀 座分别处于薄膜的各一边，弹簧片的压力会使阀门处于常关状态，这种阀叫常 关阀。如果我们要打开如2-2示阀门。我们通过供气系统供气到贮压气腔，来完成阀门 动作。下图2-3为供气系统图。A：截止阀B：电磁阀C：压力表D：减压阀E：调压阀F：气体过滤器G：隔膜隔离阀供气接SAR系统ABC DEG图2 3压缩空气系统(SAR)一般供气压力为4-9Baro压缩空气经过滤、调节、减压后进入电磁阀。电磁阀和主控室相联。当主控给电磁阀一信号，电磁阀动作，使气路进口和输出口相通，排空孔关闭，供气给阀门贮压气腔，压迫薄膜向上 移动，克服弹簧片压力而使阀杆提升，打开阀门。当切断电磁阀电源，电磁阀 回复原始状态，输出口和排空孔相通，气动驱动器贮压气腔内压缩空气通过电 磁阀排空孔直接排放，弹簧片回复力会使阀门重新关闭。驱动器中弹簧片弹性强高设定是根据阀门所处系统压力大小而确定的。在高压 系统中，保持常关的阀门如果因为弹簧强度不够，有可能系统压力会克服弹簧 片压力而开放阀门。在这种情况下，设计上就得加强弹簧片强度。在弹簧片强 度较大的驱动器中，设计采用双薄膜，双气腔来加大操作力度。如图2-4示为双薄膜，双气腔驱动。三 阀门标识码核电站阀门每个都有一个身份标识码（RIN）,我们可以通过标识码来认识各种 阀门的所有属性，如阀门结构尺寸、结构类型、材质、适用范围、联接方式、阀门级别和安装尺寸。如：SNNSWC50R为一阀门标识码。标识码一般由三部分构成：第一部分由六个英文字母组成，如上例：为SNNSWC.这六个字母确定了阀门以下属性：第一个字母：阀门结构形式 表1-第二个字母：阀体材质 表2第三个字母：阀门适用范围 表3-表四个字母：主阀座和阀芯材质 表4-第五个字母：联接方式 表5-第六个字母：阀门级别 表6第二部分由一组阿拉伯数字构成。这组数据即使阀门和管道联接的公称直径单 位：毫米mm。第三部分是一个或一个以上英文字母，表示某些特殊阀门的特殊属性。只有特 殊属性的阀门才有这部分字母，大部分一般阀门无此标识。表七。举例如SNNSEC50R标识码。我们可以知道此阀有如下属性。S：隔离截止阀-N：阀体材质：Z2CND17-12不锈钢 N：工作压力：W14bar工作温度：W60C-S：密封表面均为硬质合金-W：与管道为插套焊联接 C：RCC-M3级，安全级别为3级一50：公称直径50mm-R：填料接溢漏管APPENDIX附录TABLE 1 1st GROUP-FIRST LETTER OF IDENTIFICATION CODELettervalve letter a)Isolating valves-Gate valves:C K V W integral“flex gate“valve,double-disk wedge gate valve without spring parallel-seat gate valve with spring.double-disk parallel-seat gate valve without springP s M T-Butterfly valve-Globe valve-Diaphragm valve-Ball valveb)Check valvesNH 0 D-Swing check valve-Lift check valve-Ball check valve-Silent check valvec)Pressure relief devices-Safety relief valvesE L F-Discharging into closed systems-Discharging to atmosphere-Steam trapd)Control valvesZRY-Rotary control valves-globe-type control valve(linear characteristic)-Contoured-disk globe-type control valve(equal percentage characteristic)U I QB A-Needle valve-Pressure reducing valve-Back pressure control valve-Butterfly-type control valve-Cage-type control valveXe)Other valve typesTABLE 31st GROUP THIRD LETTER OF IDENTIFICATION CODEValve field of applicationTables B/C 353 land 3520 of the RCC-M provide the rating for each material Depending on the metal used in the body,the temperature and pressure.Non-Classified valves share the same field of application as RCC-M class valves.Letters correspond to the following class:Letter RatingV U T S RP N2500 1500900 600400 300150Very low pressure ratings:CBAMAWP(at 20)16 bar max.MAWP(at 20)10 bar max.MAWP(at 20)6 bar maxTABLE 21st GROUP-SECOND LETTER OF IDENTIFICATION CODELetterMaterial of construction for valve bodyA-Unalloyed or low-alloy steel(RCC-M spec:M 1112 M1114 M1122)C-0.5 to 1.25%Cr-0.5%Mo steelK-2.25%Cr-l%Mo steel-Austenitic stainless steelsA T Q TRCC-M M 3402 RCC-M M 3301(Forging)(Casting)M 3306(Rolled bars)、PeMZ2 CN 18-10 304 LNZ2 CND 17-12 316LIZ3 CN 20-09 M Z6 CN 18-10 304IZ5 CN 18-10 304JZ2 CN 19-10 N.S*304JZ3 CND 19-10 M Z6 CND 17-12 316JZ5 CND 17-12 316HZ2 CND 18-12 N.S*316HZ8 CNT 18-11 321HZ8 CNNB 18-11 347HZ8 CNDT 18-12Z8 CNDNB 18-12 nitrogen strengthenedY-Other special steel for high temperature serviceJt)-BronzeL-BrassS-PlasticP-LeadX-Other materialsNote:The code latter is the same for steels with equivalent mechanical properties.TABLE 4SEALING SURFACE MATERIALS1st GROUP-FOURTH LETTER OF IDENTIFACATION CODEMAINSEAT SEALING SREFACE MATERIALMATERIAL REFERENCEDISK SEALING SURFACE MATERIAL12345678Same as body1ACDEFGHJBronze2BStainless steel3INKYQBrass4LNeoprene5*RM0Stellite6PSuTeflon7ZSpecial8VwX This reference number is used to designate the disk sealing surface material.Or similar elastomer material.The letters R,O,F,M and N indicate a neoprene-metal sealing contact;the operating temperature must therefore be less than the qualification temperature.N.B:The fourth letter indicates the type of sealing surface material for both the seat and the disk.Example:the letter G indicates that the seat sealing surface shall be in the same material as the body(as indicated in table 2)and that the disk sealing surface shall be in stellite.TABLE 51st GROUP-FIFTH LETTER OF IDENTIFICATION CODETYPE OF END CONNECTIONSLETTERB FlangedJ Flanged and seal weldedS Butt weldedT GAZ threaded orificesW Socked weldedX Special jointTABLE 61st GROUP-FIFTH LETTER OF IDENTIFICATION CODECLASSOFOCATIONLETTERF)ARCC-M class 1 valveBRCC-M class 1 valveCRCC-M class 1 valveIRCC-M class 1 valveJRCC-M class 1 valveH)G)Non-classified valve(See 1.4,2.2)TABLE 73rd GROUP OF IDENTIFICATION CODEa)Special features to be marked on valve body and indicated on valve data tables.LETTERN Reduced boreV Packing box for vacuum service,with special lubricant(1)W Packing box for vacuum service,with fluid-pressure sealR Packing box leakoff connectionS Bellows type stem sealD Elastomer diaphragmL Metallic diaphragmX Other special featureT Orifice in diskM Air and water packing(dry rises)(1)The valveshall be provided with a securely attached metallic tag markedwith the words“Vacuum service”.b)Special features to be indicated on valve data tablesLETTERP Y-body valveK Manual stop check valveA Electric operatorJ Fail-open pneumatic operatorF Fail-closed pneumatic operatorE Fail as is pneumatic operatorU Fail-open hydraulic operatorC Fail-closed hydraulic operatorZ Disk bypass featureH 3-way or other multiport valveY Remote mechanical control deviceG Limit switchO Duo-check valveMARKING OF VALVES COVERED BY A“SPECIAL TECHNICAL SPECIFICATION”Exceptionally,where a valve has been specially designed to perform a specific function and is covered by a special technical specification,the identification code is established as above,but the 2nd,3rd and 4th letters of the first group of characters are replaced by a 3-figure number indicating the corresponding special technical specification.Example:W 012 SC 300 RAW Double-disk parallel-seat gate valve without spring012 Special technical specification numberS Butt weldedC RCC-M class 3300 Nominal pipe size(outside diameter of connected piping:323.9mm)R Packing box leakoff connectionA Electric operator(special feature to be indicated on valve data table).