01 概述

      核級高溫高調(diào)節(jié)性能電動三通控制閥用于三代核電機組中化學和容積控制系統(tǒng)（RCV），用來對上充流和穩(wěn)壓器輔助噴淋流量進行分配。當機組正常運行時，穩(wěn)壓器輔助噴淋不投用，電動三通控制閥全開向RCP 側(cè)。當穩(wěn)壓器輔助噴淋投用時，電動三通控制閥實現(xiàn)輔助噴淋功能。根據(jù)安注系統(tǒng)的事故后運行工況，某核電機組對部分閥門增加了固體顆粒鑒定試驗要求。固體顆粒試驗主要用于驗證在事故工況或嚴重事故工況期間，在含固體顆粒介質(zhì)的條件下，閥門的密封性能、可操作性能和流通能力的變化。為實現(xiàn)核電站閥門固體顆粒鑒定試驗的要求，設(shè)計了含固體顆粒介質(zhì)的閥門試驗裝置，并對規(guī)定的試驗回路系統(tǒng)進行了優(yōu)化。1

      02 試驗裝置

      2.1 試驗回路規(guī)定

      某三代機組給出的試驗回路如圖1 所示，閥門在含顆粒水條件下需要具有開啟、關(guān)閉、保持開啟、保持關(guān)閉、調(diào)節(jié)及密封性能。

圖1  推薦試驗回路

      2.2 試驗回路優(yōu)化設(shè)計

      為實現(xiàn)閥門固體顆粒鑒定試驗的要求，在滿足設(shè)計規(guī)范的前提下，對試驗回路進行了優(yōu)化設(shè)計。

      試驗裝置包括水循環(huán)系統(tǒng)、水池攪拌系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測量及采集系統(tǒng)、去離子水制備系統(tǒng)等，試驗流程如圖2所示。

      根據(jù)試驗介質(zhì)為水的閥門阻力試驗標準和上游技術(shù)要求[1-4]，試驗回路上、下游管徑應(yīng)與試驗閥門通徑保持一致，管段長度應(yīng)保證L1和L3逸10D，L2

      和L4逸2D。

      2.3 試驗回路電氣控制

      固體顆粒試驗電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)備控制、人機交互、信息反饋、數(shù)據(jù)處理。控制過程采用工業(yè)總線形式，現(xiàn)場的控制設(shè)備（電磁開關(guān)閥，調(diào)節(jié)閥，

      水泵等）以及其他的測量點（溫度，壓力等）用信號線的形式連接到DCS的卡件，再由以太網(wǎng)傳輸至上位機控制（圖3）?？刂普麄€試驗系統(tǒng)的設(shè)備運行，包括閥門的開、關(guān)或閥門的調(diào)節(jié)，加熱器攪拌器的啟停等，同時也在不斷地采集現(xiàn)場的實時參數(shù)，如電流、流量、溫度、壓力、水位等，實現(xiàn)LCD上的操作，現(xiàn)場設(shè)備自動運行。

      試驗裝置DCS 可以實時記錄所需工藝參數(shù)和計算流量系數(shù)。只需在控制室內(nèi)即可操作試驗過程。設(shè)置了DCS專用接地樁，提升了系統(tǒng)的抗干擾性，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定可靠。

      試驗期間，需測量閥門驅(qū)動裝置的電壓、電流和功率，驅(qū)動裝置在開、關(guān)位置時限位開關(guān)的狀態(tài)，驅(qū)動裝置力矩開關(guān)的狀態(tài)，其中閥門行程、閥瓣的位置（閥門行程）應(yīng)能連續(xù)地測量。本次參與試驗的閥門為調(diào)節(jié)閥，其控制信號為4~20 mA.DC，動力電源為380 V/AC。

      2.4 試驗設(shè)備

      （1）攪拌器

      為了實現(xiàn)水中顆?；旌系木鶆?，避免顆粒沉淀，試驗回路需要配有攪拌器。在試驗開啟前，顆粒和水的混合應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

      （2）泵和試驗管道

      試驗回路的泵應(yīng)能提供足夠的壓力和流量范圍。試驗時，通過回路的流量可保持恒定。當停泵時，試驗回路應(yīng)能隔離管道內(nèi)的流體。在試驗期間，試驗回路應(yīng)能隔離試驗閥門。在試驗閥門被隔離時，通過旁路管道可保持流體的流動。試驗閥門上、下游隔離閥應(yīng)具有足夠的密封性，以保證不會影響試驗閥門泄漏量的測量。上、下游隔離閥、取樣管嘴與試驗閥門的距離應(yīng)符合EN1267 的要求。

      （3）取樣管嘴

      試驗期間，可通過試驗回路的管嘴進行試驗水的取樣，取樣管嘴設(shè)在管道的側(cè)方，防止顆粒在取樣系統(tǒng)內(nèi)的沉積。根據(jù)標準規(guī)定，取樣管嘴應(yīng)設(shè)計在管道上方，但在實際的調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)上方取樣，容易取到氣泡，不利于實際的取樣工況，因此在本固體顆粒系統(tǒng)設(shè)計中，取樣位置設(shè)計在正側(cè)方。取樣管嘴設(shè)計尺寸按標準的規(guī)定。

      03 試驗過程

      3.1 試驗前檢查

      在含顆粒水試驗前應(yīng)進行全面的目視檢查，應(yīng)檢查試驗閥門與設(shè)備標識文件的一致性，應(yīng)檢查驅(qū)動裝置的力矩開、關(guān)的設(shè)置。以確保所有零部件正確組裝、裝配件的適當調(diào)校、試驗儀器的校正、緊固件的安全性、動力供給的充足性。

      3.1.1 閥門Cv測量

      在潔凈水條件下，將試驗閥門的行程調(diào)整在相應(yīng)的行程點（10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%行程）測量流量值，每一行程均應(yīng)進行5次測量，并分別求得流量系數(shù)。測量閥門要求可調(diào)的最小流量系數(shù)Cvmin對應(yīng)的開度Lmin，以及閥門要求可調(diào)的最大流量系數(shù)Cvmax對應(yīng)的開度Lmax。

      3.1.2 閥門可操作性試驗

      在試驗回路上進行閥門的開啟和關(guān)閉試驗，以檢查閥門的可操作性。試驗采用潔凈水，進行2 次開啟—關(guān)閉循環(huán)操作，并記錄驅(qū)動裝置的相關(guān)參數(shù)，如電壓、電流、功率、限位開關(guān)狀態(tài)、力矩開關(guān)狀態(tài)及其閥桿受力狀態(tài)。

      3.1.3 閥座水密封試驗

      在閥門含顆粒介質(zhì)試驗前，應(yīng)進行閥座水密封試驗，試驗使用常溫潔凈水，試驗壓差為0.4 MPa，保壓時間為穩(wěn)定后10 min，試驗過程中記錄泄漏量。

      3.2 固體顆粒試驗

      3.2.1 顆粒濃度

      試驗中固體雜質(zhì)顆粒源取自地坑濾網(wǎng)下游的雜質(zhì)，根據(jù)試驗和分析得到固體顆粒濃度要求，固體顆粒雜質(zhì)濃度如表1所示。

      3.2.2 試驗階段

      不同類型的顆粒應(yīng)用不同的容器存放。試驗開始時，啟動泵和攪拌器，將顆粒介質(zhì)放入混合箱中混合均勻。在混合過程中，應(yīng)隔離待試驗的閥門，以保證初始流經(jīng)閥門的為潔凈水。為了分析調(diào)節(jié)閥的模擬事故工況，試驗分為2個階段（圖4）。

      （1）第1 階段（t=0~24 h）保持閥門全開24 h，流量為Qfull opening。

      （2）第2 階段（t=24~42 h）閥門開度調(diào)至Lmin，使流經(jīng)閥門的流量為Qlow并保持3 h。然后，將閥門開度調(diào)至Lmax，使流經(jīng)閥門的流量為Qhigh并保持3 h。循環(huán)操作3次。

      3.2.3 驗收準則

      閥門在整個試驗期間應(yīng)能保持其可操作性。閥門在第1 階段不發(fā)生堵塞（Cv值不低于實測全行程Cv值的90%）。在第2 階段，閥門開度調(diào)至Lmin 時測得的Cv 值不低于要求可調(diào)的最小流量系數(shù)Cvmin的90%。閥門開度調(diào)至Lmax 時測得的Cv 值不低于要求可調(diào)的最大流量系數(shù)Cvmax的90%。

      3.2.4 測試過程

      在t=42 h 時，在含顆粒水條件下進行閥門Cv特性測量，從關(guān)閉位置按10%行程增量逐漸開啟閥門至全開（100%行程），接著從全開位置按10%行程減量逐漸關(guān)閉閥門至全關(guān)。然后，應(yīng)按順序進行測量和檢查。

      （1）在試驗回路上進行含顆粒水的閥座水密封

      試驗，試驗壓差為0.4 MPa，時間至少為10 min。

      （2）對閥門進行解體并目視檢查（包括閥座、閥

      瓣和波紋管等），檢查是否有非正常痕跡。解體時應(yīng)

      對顆粒聚集區(qū)進行識別和拍攝（用于評價）。

      （3）清潔試驗閥門（僅清潔，不維修）。

      （4）在潔凈水條件下進行閥座密封試驗。

      04 試驗數(shù)據(jù)

      試驗裝置研制后，對3 臺調(diào)節(jié)閥進行了試驗。從裝置的測試數(shù)據(jù)分析，其試驗過程具有重復性。以第2 次試驗閥門（電動三通控制閥）為例，口徑為DN80，單座式結(jié)構(gòu)，試驗數(shù)據(jù)見表2。在顆粒水介質(zhì)與潔凈水介質(zhì)下，閥門測試數(shù)據(jù)的變化較小。閥門在關(guān)閉狀態(tài)下的泄漏量約為200 mL/min。

      對照第3 次閥門（電動控制閥）試驗數(shù)據(jù)，口徑為DN80，籠式多層次結(jié)構(gòu)，試驗數(shù)據(jù)見表3。試驗流程與第2 次試驗的流程一致。從其試驗結(jié)果可以看出顆粒水介質(zhì)對于閥門的影響較大，這與閥瓣多層小孔結(jié)構(gòu)相關(guān)。

      流程與第2 次試驗的流程一致。從其試驗結(jié)果可以看出顆粒水介質(zhì)對于閥門的影響較大，這與閥瓣多層小孔結(jié)構(gòu)相關(guān)。

      05 結(jié)語

      核電站調(diào)節(jié)閥含固體顆粒介質(zhì)試驗裝置的設(shè)計屬于開創(chuàng)性工作。試驗過程為分段測量，測試精度高，適用性廣，能滿足多口徑閥門的測試需求。裝置設(shè)計了回流調(diào)節(jié)管道，在功能不變的情況下簡化了系統(tǒng)，性價比高。試驗操作實現(xiàn)了遠程控制，自動采集測量數(shù)據(jù)并完成閥門相關(guān)參數(shù)計算，方便、安全、自動化程度高，提高了效率，減輕了試驗過程的工作量。試驗結(jié)果證明了多級小孔式調(diào)節(jié)閥在小開度下固體顆粒雜質(zhì)對閥門流量特性的影響，相關(guān)試驗數(shù)據(jù)對于固體顆粒雜質(zhì)條件下調(diào)節(jié)閥的選型及設(shè)計具有指導意義。