核级阀门试验系统研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)沈阳阀门研究所 作者:于濛

  介绍了核级阀门试验系统的设计、建造、功能、运行及系统热量衡算。通过核级阀门试验系统建设,对新研阀门进行功能性验证试验,可提高阀门研发能力、技术性能及可靠性。

1、概述

  核级阀门试验系统是为核级阀门功能验证和鉴定提供条件保障,通过核级阀门试验系统进行阀门鉴定试验,以验证阀门在整个寿期内的安全性和可靠性。按ASME 及国内相关标准规定,新研核级阀门需进行鉴定试验,包括壳体强度试验、阀瓣耐压试验、密封性能试验、动作性能试验、阀门流阻系数测试、冷、热态循环试验、全压差下阀门冷态启闭和热态启闭试验、冷、热态寿命试验、冷、热态交变试验、倾斜状态下性能试验、LOCA 环境鉴定试验、流体阻断试验等。核级阀门试验均需要在核级阀门试验系统上完成。随着核电工业的迅速发展,核级阀门种类多、数量大,要求在复杂系统和各种工况条件下能可靠动作。因此对于安全方面起重要作用的阀门,在可能范围内,在试验回路上进行模拟阀门运行状态试验,以验证阀门的安全性和可靠性。

2、技术参数

  工作压力(最高) :17.2MPa

  工作温度(最高): 343℃

  工作介质:去离子水

  公称直径(主管道) :100 mm

  最大流量:110t/h

3、试验系统

  3.1、系统构成

  核级阀门试验系统为模块化设计系统,是由循环泵、电加热器、耐压水箱、加压泵、管道过滤器、冷却器、稳压器、节流孔板、仪控设备、高压氮气瓶、系统台架、各类阀门、弯头三通及无缝钢管等组成。稳压器上设有温度、压力及液位测点,以监测试验过程中稳压器的运行状态。耐压水箱设置了液位变送器,监测水箱液位。在试验回路的相关地方设置压力表、流量计及测温元件,监测系统运行过程中的各项参数。

  核级阀门试验系统设计为可移动式台架,台架分为上下两层,其所有设备固定在系统自身的矩形钢结构台架中,可实现整体吊装。该回路主体框架采用矩形钢结构设计,矩形钢结构桁架为型钢焊接而成。台架地面铺设不锈钢花纹板。给排水设施及所有配电、控制线缆、信号线缆设置於台架地面之下。整个系统设备布置紧凑、合理,便于安装、操作及保养维修。

  3.2、系统工艺流程

  核级阀门试验系统在满足总体技术参数的基础上,运行稳定可靠,配合不同的试验段接口,可完成闸阀截止阀、截止止回阀、止回阀、球阀蝶阀等不同阀类的功能鉴定试验。工艺流程见图1。

核级阀门试验系统工艺流程

图1 核级阀门试验系统工艺流程

  3.3、试验回路功能

  核级阀门试验回路为闭式循环系统。回路中循环泵提供的额定循环流量为110m3/h,循环泵由变频器实施调速来调节流量变化。稳压器内置加热元件,由可编程控制器PLC 调功器进行功率调节,稳压器充装氮气稳压。系统的温度压力与稳压器水位值呈对应关系,当回路中温度升高时,压力和水位亦相应升高。反之压力和水位则相应降低。系统正常运行时,对回路参数的调节只是对回路温度的调节,即对加热元件投入功率大小的调节。这种调节功能由计算机系统完成,能够使回路的温度和压力控制在规定范围内。

  试验回路设有超温保护、超压保护及用电设备故障保护等功能,以及系统报警和急停功能。试验回路在升温升压过程中设有现场手动控制模式和自动控制模式。实现升温、升压过程中升压速率与升温速率、电加热功率调节和循环泵流量调节的自动控制。

  计算机操作系统有良好的人机界面,可实时显示系统状态并记录存储数据。随时查阅时间与温度曲线、时间与压力曲线、压力与温度曲线,并设置压力- 饱和温度控制程序,以保证系统的稳定运行。

  ① 实时监控显示试验回路系统总貌画面、准备画面、报警总貌画面、参数显示和设定画面、阀门状态画面、控制回路画面、实时趋势画面和历史记录画面等,实现对试验台运行过程的实时控制及对设备运行状态的在线监视。

  ② 人工干预指令实现试验回路设备的手动控制。

  ③ 实时/历史趋势曲线显示试验回路所有工艺参数的实时趋势曲线,并可存储历史趋势曲线或将趋势曲线打印输出。

  ④ 故障报警管理实现故障报警的实时控制及管理,可将故障事件报表打印输出。

  ⑤ 故障诊断通过对标签变量及PLC I/O 点状态的监控,实现快速故障诊断。

  ⑥ 安全管理通过对HMI 的操作、管理及系统维护分别设置不同权限的安全密码,从而实现分层次的安全管理。

  ⑦ 操作指导将试验回路相关运行工艺数据以数字或图形画面的形式提供,用于试验回路运行作业的工艺操作指导,操作中可以通过HMI 界面的参数设定功能输入某些无法直接从现场采集的数据及部分人工设定值,并可根据试验作业需要随时修改上述设定值。

  3.4、系统运行

  被试阀门装入试验系统后,利用耐压水箱出口管和加压泵对试验回路和稳压器进行充水放气,全开电动节流阀以排尽系统空气,并使稳压器处于水实体状态。充水放气完成后,启动循环泵循环回路。根据运行需要启动电加热器对回路加热,全开电动节流阀,循环电加热器产生的热量。当回路升温速率大于2℃ /min 时,控制系统发出报警,手动操作关闭加热器以控制升温速率,降低升温过程中产生的热应力。当回路压力、温度满足试验要求时,稳压器液位稳定在2 /3 时,即可对被试阀进行各项试验。在试验过程中,对回路温度和压力自动控制。当回路温度高于设定温度2℃或低于设定温度2℃时,控制室发出高报或低报并自动运行电加热器功率。当回路压力高于设定值0.2MPa 时,控制室发出高报。当回路压力低于设定值0. 2MPa 时,控制室发出低报。回路压力也可通过电动节流阀进行自动调节。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为若试验系统温度、压力超过设定试验值,或需进行冷热交变试验时,可通过冷却器对回路进行降温、降压。

  阀门试验完成后,关闭所有加热器,维持循环泵运行。利用冷却器对回路进行降温、降压。降温速率可通过冷却器出口调节阀和冷却水量来控制。当系统温度接近常温常压时,打开回路排气阀和疏水阀,对回路进行疏水。疏水结束后,拆除被试阀,对回路进行干保养,已备下次进行试验。

  3.5、清洁

  为满足核级阀门清洁度的要求,在试验回路设计上充分考虑尽量减少缝隙、气室、盲孔、不易排空的腔室、清洗溶液或其他污物的滞留。管路及设备均采用奥氏体不锈钢材料,在系统的高点设排气孔,低点设排水孔。

5、结语

  通过核级阀门试验系统,可完成核岛和常规岛中使用冷却剂或其他高温液体为介质的阀门功能试验项目。核级阀门试验回路建设,将使配套关键阀门及其他核级阀门研发能力、产品技术水平、产品质量及可靠性方面有很大提高。能满足核级阀门产品的功能性试验,同时具备科研项目及核级阀门样机鉴定试验的要求。

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