高温气冷堆大口径核级氦气隔离阀密封结构研究.pdf
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1、作者简介:汤晓刚()男江苏苏州人工程师学士从事核电阀门设计工作文章编号:()高温气冷堆大口径核级氦气隔离阀密封结构研究汤晓刚王悦琴高志岗张易阳吴莘馨(.中核苏阀科技实业股份有限公司江苏 苏州.清华大学核能与新能源技术研究院北京)摘要 阐述了高温气冷堆大口径核级氦气隔离阀的漏率指标并通过对氦气隔离阀样机的密封结构进行研究设计并制造了多种主密封结构试验件进行试验结合试验件的试验情况选取密封性能稳定可靠的密封结构运用至样机上最终样机的内漏及外漏密封性能通过试验得到验证为高温气冷堆大口径核级氦气隔离阀密封结构的设计及其他低漏率要求阀门密封结构的设计提供借鉴关键词 高温气冷堆大口径氦气隔离阀低泄漏试验验
2、证中图分类号:文献标志码:(.):.:概述高温气冷堆属于第四代核电技术其固有安全性好、发电效率高、环境适应性强、用途广泛在核能发电、热电冷联产及高温工艺热等领域商业化应用前景广阔是我国优化能源结构、保障能源供给安全、实现“双碳”目标的重要路径 目前全球首个四代球床模块式高温气冷堆核电站山东石岛湾核电高温气冷堆 示范工程已成功并网发电标志着高温气冷堆技术在中国实现了从“实验室”到“工程应用”质的飞跃 示范工程中有数百台的核级氦气隔离阀是高温堆气冷堆中面广量大的承压设备 这些氦气隔离阀连接着高温气冷堆中众多的工艺系统其工作性能对保证高温气冷堆的正常稳定运行及安全起着重要作用 示范工程核级氦气隔离阀
3、大量从国外采购价格高、周期长且在安装、调试过程中技术服务跟不上影响工程进度造成工程建造成本的增加 为解决 示范工程氦气隔离阀将来的更换问题以及为后续 万高温气冷堆氦气隔离阀国产化奠定基础急需开展氦阀 门 年第 期气隔离阀的国产化研究研制成功后国内阀门厂家将具备高温气冷堆核级氦气隔离阀产品的供货能力以国代进解决“卡脖子”问题同时可以降低高温气冷堆的建造成本 样机主要参数研制目标是完成核级氦气隔离阀系列化样机研制及鉴定试验实现高温气冷堆氦气隔离阀的国产化 课题包含 和 两台大口径核 级氦气隔离阀样机研制任务样机主要参数如表 所示表 样机主要参数样机名称 核 级氦气隔离阀 核 级氦气隔离阀口径阀门类
4、型截止阀设计压力 设计温度 磅级 安全等级规范等级主体材料 漏率指标(内漏)/(次冷态动作和 次热态动作后)漏率指标(外漏)/(次冷态动作和 次热态动作后)研制难点经过调研分析高温气冷堆大口径核级氦气隔离阀样机的研制难点主要有以下两点:()大口径核 级氦气隔离阀的研制课题中所包含的 和 两台氦气隔离阀样机均属于截止阀但在核电阀门中截止阀口径一般较小如在三代核电堆型中大部分截止阀的口径均有少部分截止阀口径可能会达到、及 但是一般不超过 本课题中有一台 核 级氦气隔离阀样机的研制要求其口径大、核规范等级高、磅级高且介质为氦气对于阀门主密封结构密封性能以及压力边界完整性的保证具有一定难度()低泄漏指
5、标要求的保证由于样机属于大口径高压截止阀且氦气具有很强的渗透性初始状态漏率需满足要求的同时也要求样机在冷态动作 次和热态动作 次后 氦检内漏/外漏/这就对阀门主密封结构及外漏密封结构的密封性能提出来很高的要求具有一定的难度 解决方案根据样机的研制难点需要对氦气隔离阀样机的主密封结构及压力边界进行详细地设计确保样机的密封性能满足指标要求 主密封结构密封性能是指阀瓣和阀座形成的密封副的密封性能 阀门压力边界完整性主要通过壳体强度、阀杆动密封结构和阀体 阀盖中腔密封结构来保证其中壳体强度可以通过详细地分析计算以及承压零件的质量控制来保证即压力边界完整性的保证主要是指外漏密封结构即阀杆动密封结构以及阀
6、体 阀盖中腔密封结构密封性能的保证各密封结构如图 所示 主密封结构设计为了确保最终运用在样机上的主密封结构稳定可靠决定先进行主密封结构试验件试验通过详细设计确定了三种主密封结构方案:方案一属于传统的金属与金属密封结构即阀瓣球面 阀座锥面结构方案二属于双重密封结构即 型圈与平面 金属平面密封结构方案三也属于双重密封结构即 型圈与锥面 金属平面密封图 样机密封结构方案一密封结构如图 所示采用阀瓣球面 阀座锥面结构同时密封面堆焊司太立硬质合金该结构的特点是吻合度好、阀瓣具有自动对中性能耐冲蚀和耐磨性好可以保证阀门动作一定次数后仍具有较好的密封性能方案二密封结构如图 所示阀门关闭时阀瓣底部密封面与阀座
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