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01 概述
核級(jí)高溫高調(diào)節(jié)性能電動(dòng)三通控制閥用于三代核電機(jī)組中化學(xué)和容積控制系統(tǒng)（RCV），用來(lái)對(duì)上充流和穩(wěn)壓器輔助噴淋流量進(jìn)行分配。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)壓器輔助噴淋不投用，電動(dòng)三通控制閥全開(kāi)向RCP 側(cè)。當(dāng)穩(wěn)壓器輔助噴淋投用時(shí)，電動(dòng)三通控制閥實(shí)現(xiàn)輔助噴淋功能。根據(jù)安注系統(tǒng)的事故后運(yùn)行工況，某核電機(jī)組對(duì)部分閥門(mén)增加了固體顆粒鑒定試驗(yàn)要求。固體顆粒試驗(yàn)主要用于驗(yàn)證在事故工況或嚴(yán)重事故工況期間，在含固體顆粒介質(zhì)的條件下，閥門(mén)的密封性能、可操作性能和流通能力的變化。為實(shí)現(xiàn)核電站閥門(mén)固體顆粒鑒定試驗(yàn)的要求，設(shè)計(jì)了含固體顆粒介質(zhì)的閥門(mén)試驗(yàn)裝置，并對(duì)規(guī)定的試驗(yàn)回路系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。1
02 試驗(yàn)裝置
2.1 試驗(yàn)回路規(guī)定
某三代機(jī)組給出的試驗(yàn)回路如圖1 所示，閥門(mén)在含顆粒水條件下需要具有開(kāi)啟、關(guān)閉、保持開(kāi)啟、保持關(guān)閉、調(diào)節(jié)及密封性能。
圖1 推薦試驗(yàn)回路
2.2 試驗(yàn)回路優(yōu)化設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)閥門(mén)固體顆粒鑒定試驗(yàn)的要求，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，對(duì)試驗(yàn)回路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
試驗(yàn)裝置包括水循環(huán)系統(tǒng)、水池?cái)嚢柘到y(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測(cè)量及采集系統(tǒng)、去離子水制備系統(tǒng)等，試驗(yàn)流程如圖2所示。
根據(jù)試驗(yàn)介質(zhì)為水的閥門(mén)阻力試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和上游技術(shù)要求[1-4]，試驗(yàn)回路上、下游管徑應(yīng)與試驗(yàn)閥門(mén)通徑保持一致，管段長(zhǎng)度應(yīng)保證L1和L3逸10D，L2
和L4逸2D。
2.3 試驗(yàn)回路電氣控制
固體顆粒試驗(yàn)電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備控制、人機(jī)交互、信息反饋、數(shù)據(jù)處理。控制過(guò)程采用工業(yè)總線形式，現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備（電磁開(kāi)關(guān)閥，調(diào)節(jié)閥，
水泵等）以及其他的測(cè)量點(diǎn)（溫度，壓力等）用信號(hào)線的形式連接到DCS的卡件，再由以太網(wǎng)傳輸至上位機(jī)控制（圖3）?？刂普麄€(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行，包括閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)或閥門(mén)的調(diào)節(jié)，加熱器攪拌器的啟停等，同時(shí)也在不斷地采集現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)參數(shù)，如電流、流量、溫度、壓力、水位等，實(shí)現(xiàn)LCD上的操作，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行。
試驗(yàn)裝置DCS 可以實(shí)時(shí)記錄所需工藝參數(shù)和計(jì)算流量系數(shù)。只需在控制室內(nèi)即可操作試驗(yàn)過(guò)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(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。
試驗(yàn)期間，需測(cè)量閥門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置的電壓、電流和功率，驅(qū)動(dòng)裝置在開(kāi)、關(guān)位置時(shí)限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)裝置力矩開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，其中閥門(mén)行程、閥瓣的位置（閥門(mén)行程）應(yīng)能連續(xù)地測(cè)量。本次參與試驗(yàn)的閥門(mén)為調(diào)節(jié)閥，其控制信號(hào)為4~20 mA.DC，動(dòng)力電源為380 V/AC。
2.4 試驗(yàn)設(shè)備
（1）攪拌器
為了實(shí)現(xiàn)水中顆?；旌系木鶆颍苊忸w粒沉淀，試驗(yàn)回路需要配有攪拌器。在試驗(yàn)開(kāi)啟前，顆粒和水的混合應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。
（2）泵和試驗(yàn)管道
試驗(yàn)回路的泵應(yīng)能提供足夠的壓力和流量范圍。試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)回路的流量可保持恒定。當(dāng)停泵時(shí)，試驗(yàn)回路應(yīng)能隔離管道內(nèi)的流體。在試驗(yàn)期間，試驗(yàn)回路應(yīng)能隔離試驗(yàn)閥門(mén)。在試驗(yàn)閥門(mén)被隔離時(shí)，通過(guò)旁路管道可保持流體的流動(dòng)。試驗(yàn)閥門(mén)上、下游隔離閥應(yīng)具有足夠的密封性，以保證不會(huì)影響試驗(yàn)閥門(mén)泄漏量的測(cè)量。上、下游隔離閥、取樣管嘴與試驗(yàn)閥門(mén)的距離應(yīng)符合EN1267 的要求。
（3）取樣管嘴
試驗(yàn)期間，可通過(guò)試驗(yàn)回路的管嘴進(jìn)行試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，取樣管嘴應(yīng)設(shè)計(jì)在管道上方，但在實(shí)際的調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)上方取樣，容易取到氣泡，不利于實(shí)際的取樣工況，因此在本固體顆粒系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，取樣位置設(shè)計(jì)在正側(cè)方。取樣管嘴設(shè)計(jì)尺寸按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
03 試驗(yàn)過(guò)程
3.1 試驗(yàn)前檢查
在含顆粒水試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行全面的目視檢查，應(yīng)檢查試驗(yàn)閥門(mén)與設(shè)備標(biāo)識(shí)文件的一致性，應(yīng)檢查驅(qū)動(dòng)裝置的力矩開(kāi)、關(guān)的設(shè)置。以確保所有零部件正確組裝、裝配件的適當(dāng)調(diào)校、試驗(yàn)儀器的校正、緊固件的安全性、動(dòng)力供給的充足性。
3.1.1 閥門(mén)Cv測(cè)量
在潔凈水條件下，將試驗(yàn)閥門(mén)的行程調(diào)整在相應(yīng)的行程點(diǎn)（10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%行程）測(cè)量流量值，每一行程均應(yīng)進(jìn)行5次測(cè)量，并分別求得流量系數(shù)。測(cè)量閥門(mén)要求可調(diào)的最小流量系數(shù)Cvmin對(duì)應(yīng)的開(kāi)度Lmin，以及閥門(mén)要求可調(diào)的最大流量系數(shù)Cvmax對(duì)應(yīng)的開(kāi)度Lmax。
3.1.2 閥門(mén)可操作性試驗(yàn)
在試驗(yàn)回路上進(jìn)行閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉試驗(yàn)，以檢查閥門(mén)的可操作性。試驗(yàn)采用潔凈水，進(jìn)行2 次開(kāi)啟—關(guān)閉循環(huán)操作，并記錄驅(qū)動(dòng)裝置的相關(guān)參數(shù)，如電壓、電流、功率、限位開(kāi)關(guān)狀態(tài)、力矩開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其閥桿受力狀態(tài)。
3.1.3 閥座水密封試驗(yàn)
在閥門(mén)含顆粒介質(zhì)試驗(yàn)前，應(yīng)進(jìn)行閥座水密封試驗(yàn)，試驗(yàn)使用常溫潔凈水，試驗(yàn)壓差為0.4 MPa，保壓時(shí)間為穩(wěn)定后10 min，試驗(yàn)過(guò)程中記錄泄漏量。
3.2 固體顆粒試驗(yàn)
3.2.1 顆粒濃度
試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)階段
不同類型的顆粒應(yīng)用不同的容器存放。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，啟動(dòng)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(guò)程中，應(yīng)隔離待試驗(yàn)的閥門(mén)，以保證初始流經(jīng)閥門(mén)的為潔凈水。為了分析調(diào)節(jié)閥的模擬事故工況，試驗(yàn)分為2個(gè)階段（圖4）。
（1）第1 階段（t=0~24 h）保持閥門(mén)全開(kāi)24 h，流量為Qfull opening。
（2）第2 階段（t=24~42 h）閥門(mén)開(kāi)度調(diào)至Lmin，使流經(jīng)閥門(mén)的流量為Qlow并保持3 h。然后，將閥門(mén)開(kāi)度調(diào)至Lmax，使流經(jīng)閥門(mén)的流量為Qhigh并保持3 h。循環(huán)操作3次。
3.2.3 驗(yàn)收準(zhǔn)則
閥門(mén)在整個(gè)試驗(yàn)期間應(yīng)能保持其可操作性。閥門(mén)在第1 階段不發(fā)生堵塞（Cv值不低于實(shí)測(cè)全行程Cv值的90%）。在第2 階段，閥門(mén)開(kāi)度調(diào)至Lmin 時(shí)測(cè)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(mén)開(kāi)度調(diào)至Lmax 時(shí)測(cè)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(cè)試過(guò)程
在t=42 h 時(shí)，在含顆粒水條件下進(jìn)行閥門(mén)Cv特性測(cè)量，從關(guān)閉位置按10%行程增量逐漸開(kāi)啟閥門(mén)至全開(kāi)（100%行程），接著從全開(kāi)位置按10%行程減量逐漸關(guān)閉閥門(mén)至全關(guān)。然后，應(yīng)按順序進(jìn)行測(cè)量和檢查。
（1）在試驗(yàn)回路上進(jìn)行含顆粒水的閥座水密封
試驗(yàn)，試驗(yàn)壓差為0.4 MPa，時(shí)間至少為10 min。
（2）對(duì)閥門(mén)進(jìn)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(shí)應(yīng)
對(duì)顆粒聚集區(qū)進(jìn)行識(shí)別和拍攝（用于評(píng)價(jià)）。
（3）清潔試驗(yàn)閥門(mén)（僅清潔，不維修）。
（4）在潔凈水條件下進(jìn)行閥座密封試驗(yàn)。
04 試驗(yàn)數(shù)據(jù)
試驗(yàn)裝置研制后，對(duì)3 臺(tái)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了試驗(yàn)。從裝置的測(cè)試數(shù)據(jù)分析，其試驗(yàn)過(guò)程具有重復(fù)性。以第2 次試驗(yàn)閥門(mén)（電動(dòng)三通控制閥）為例，口徑為DN80，單座式結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。在顆粒水介質(zhì)與潔凈水介質(zhì)下，閥門(mén)測(cè)試數(shù)據(jù)的變化較小。閥門(mén)在關(guān)閉狀態(tài)下的泄漏量約為200 mL/min。
對(duì)照第3 次閥門(mén)（電動(dòng)控制閥）試驗(yàn)數(shù)據(jù)，口徑為DN80，籠式多層次結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。試驗(yàn)流程與第2 次試驗(yàn)的流程一致。從其試驗(yàn)結(jié)果可以看出顆粒水介質(zhì)對(duì)于閥門(mén)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(yàn)的流程一致。從其試驗(yàn)結(jié)果可以看出顆粒水介質(zhì)對(duì)于閥門(mén)的影響較大，這與閥瓣多層小孔結(jié)構(gòu)相關(guān)。
05 結(jié)語(yǔ)
核電站調(diào)節(jié)閥含固體顆粒介質(zhì)試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)屬于開(kāi)創(chuàng)性工作。試驗(yàn)過(guò)程為分段測(cè)量，測(cè)試精度高，適用性廣，能滿足多口徑閥門(mén)的測(cè)試需求。裝置設(shè)計(jì)了回流調(diào)節(jié)管道，在功能不變的情況下簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，性價(jià)比高。試驗(yàn)操作實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)采集測(cè)量數(shù)據(jù)并完成閥門(mén)相關(guān)參數(shù)計(jì)算，方便、安全、自動(dòng)化程度高，提高了效率，減輕了試驗(yàn)過(guò)程的工作量。試驗(yàn)結(jié)果證明了多級(jí)小孔式調(diào)節(jié)閥在小開(kāi)度下固體顆粒雜質(zhì)對(duì)閥門(mén)流量特性的影響，相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于固體顆粒雜質(zhì)條件下調(diào)節(jié)閥的選型及設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
