核电站一回路阀门的工作条件和材料选择

一回路上的大公称尺寸DN的阀门工作在最复杂的条件下。在现阶段核动力装置上的蒸汽参数比热电厂的蒸汽参数（工作压力22.5MPa，工作温度600℃）要低，但核电站运行条件更为复杂。在液态金属冷却剂的快中子反应堆装置上，蒸汽参数为最高（汽轮机前的蒸汽温度为540℃，压力为14.0MPa）。为了提高效率，当代核动力装置的发展趋势是，蒸汽参数将从工作压力25.5MPa，工作温度570～585℃提高到工作压力40.0MPa，工作温度700℃，相应地给水参数将从工作压力23.0MPa，工作温度230℃提高到工作压力50.0MPa，工作温度300℃。在液态金属冷却剂的快中子反应堆内，冷却剂钠的温度现在已经是600℃了。

英国“丹季尼期B”石墨气冷堆的冷却剂出口温度为675℃，二氧化碳气体的压力为34.5MPa，汽轮发电机工作压力为16.5MPa，温度为565℃的过热蒸汽。

在压水反应堆的核动力装置上，直径为850mm、壁厚为55～75mm的主管道，是由珠光体钢锻焊制成的，但内壁覆盖一层5mm厚的耐蚀钢。其他装置的管道直径×壁厚为560mm×30mm、550mm×25mm、630mm×25mm等。通常当温度在425℃以下时采用碳素钢，从450～570℃采用珠光体合金钢12Cr4MoV和15Cr1Mo1V。使用最广的钢为耐蚀性最好的奥氏体钢。钢号为06Cr19Ni10，但是在高温运行条件下由于时效作用，这种钢也出现了不太可靠的现象。

在动力装置上使用着不同等级的阀门。它们与管道相连接的方式，采用法兰连接或焊接。在高温高压条件下，法兰的金属用量很大，且很笨重，特别是采用金属垫片时更是如此。由于温度的波动，装置启停时的冷热变换，以及工作应力大和松弛过程的作用等，法兰连接会出现不紧密的现象，这时会发生漏汽或漏水。这种现象在阀门运行过程中会导致严重后果。法兰连接要求大量的螺栓、螺钉、螺母和垫片，必须精心地加工金属垫环，以及法兰上的密封面。金属垫环和法兰的密封面应经过研磨。安装带法兰的阀门时，在阀门的法兰和管道的法兰之间不允许歪斜。应当以规定的力来拧紧法兰连接的螺母，因为用力不足，就不能保证连接部位的密封性，而用力过大又会使螺栓产生过大的应力，有时会有拉断螺栓的危险，同时还能使密封面的密封比压超过材料的许用比压，而使密封面的寿命大大降低。

所有这些可得出这样的结论：高参数介质的管道不希望用法兰连接，而在所有可以使用焊接的情况下，阀门与管道的连接都是采用焊接。焊接连接的缺点是当更换阀门时必须将其从管路上切割下来。核电站阀门与管道的连接一般都是采用焊接，很少例外。

为了保证具有高的耐腐蚀性和耐侵蚀性，在动力阀门的密封圈上堆焊一层稳定性更高的合金。在DN200以下的截止阀，阀杆的密封通常采用波纹管，当公称尺寸＞DN200时，则采用填料密封。阀杆应进行渗氮，并将通过填料的那一段阀杆进行抛光，这能降低填料和阀杆之间的摩擦系数，从而也就降低了摩擦力，减少了阀杆的磨损，提高了阀杆的耐磨性。介质温度在260℃以下时，一般采用无石棉填料，高于这个温度时采用柔性石墨、柔性石墨编织填料或碳纤维编织填料。(www.xing528.com)

中、低参数的阀门，在阀体与阀盖之间，一般采用聚四氟乙烯、无石棉橡胶板、缠绕式垫片作垫片材料。高参数小口径阀门，主要采用无垫片连接。高参数大口径阀门的密封，采用柔性石墨不锈钢带缠绕式垫片、金属齿形垫片、金属环垫片和专用的组合式密封。为了避免介质穿过连接处的垫片向外泄漏的可能，在法兰外缘再加上道Ω形密封焊。近年来在高参数动力设备的阀门上，在阀体和阀盖之间，多数系用一种无法兰自紧式密封连接，但在核电站用的阀门上，这种连接方式还没有得到广泛的应用。

在阀体与阀盖之间采用法兰连接，可使阀门拆卸迅速。无法兰连接有下列缺点：当安装和拆卸阀盖时，如使阀体的侧表面受到了损坏，为了修理则必须将阀体从管道上切割下来，为了使无法兰连接的密封性做到万无一失，结构上难于实现双道密封焊接连接；当发生泄漏时，无法立即止漏。而当采用法兰连接时，可以用拧紧连接螺栓的螺母来阻止泄漏。

阀体内应尽可能减小滞流区，因为在滞流区内可能沉积腐蚀杂物。波纹管截止阀一般应错开进出口接管，使能排出腐蚀杂物，闸阀为此设有排污孔。在设计阀门时，应避免在阀门的内腔出现狭缝，因为在这些地方会造成腐蚀加速（缝隙腐蚀），此外，在这些地方会累积放射性沉淀物，会使阀门的检修条件更加复杂。

加大动力设备的单机功率，不仅使蒸汽参数提高，而且也加大了主管道的直径，当代动力工程上的趋势是朝着减少管道和阀门的数量，并增大流道直径，直径可达850mm以上。由于这个缘故，要求高参数（超临界参数）水和蒸汽的阀门，这些问题并不能认为已经得到完满的解决，因为这些阀门应具有很高的可靠性，还应当解决一系列制造工艺上和结构上的技术问题。虽说现今使用的阀门还能令人满意的工作，但还需要解决防止金属磨损，提高抗浸蚀能力，提高高温下金属的持久强度、填料的可靠密封等方面的问题。

切断阀工作的可靠性，在很大程度上取决于正确选择其结构和完全能适合其工作条件的材料，并取决于运行条件。如切断阀只能在全开或全关两种状态下工作。如果闸板在阀体内处于阀座中间位置时，由于压降大而产生大的流速，这就形成了汽蚀的条件，引起侵蚀，损坏闸板和阀座的密封面，结果丧失了启闭件的密封性，在渗漏介质对金属的作用下，初始时的微小渗漏很快会变成大漏。