核电站关键安全设备：稳压器和主蒸汽安全阀

在ASME《锅炉与压力容器规范》（2013版）第Ⅲ卷核动力设备建造规则第一分册和RCC⁃M《压力堆核岛机械设备设计和建造规则》中规定了核电站超压保护基本要求。核电设备不同于一般民用工业产品，尤其是与核安全有关的设备，其性能优劣和运行可靠与否直接影响核电站运行的安全性、可靠性和经济性。

核反应堆是核电站蒸汽系统中的核心部分。沸水堆（BWR）和压水堆（PWR）是目前主要应用的两种轻水反应堆，均使用普通轻水作为核反应堆的冷却剂和慢化剂。沸水堆系统通过一个直接循环将冷却剂汽化产生蒸汽，反应堆的操作温度大约在570℉，产生的蒸汽压力大约在6.9MPa（1000psi），机组装机容量为570～1300MW。压水堆系统是目前应用最为广泛的一种堆型，首先由美国西屋公司设计开发并投入商业运营，具有三个独立的回路。

目前在核电系统中，主要使用两种结构型式的安全阀，一种为弹簧直接载荷式安全阀，或带强制开启装置的受控式弹簧安全阀，弹簧可采用螺旋弹簧，也可采用碟形弹簧；另一种为先导式安全阀，根据其工作原理可分为充压开启式先导式安全阀和泄压开启式先导式安全阀。弹簧直接载荷式安全阀和先导式安全阀在核电站蒸汽系统中均有使用，如图3⁃26～图3⁃28所示。图3⁃26所示的弹簧直接载荷式主蒸汽安全阀用于大亚湾核电站和秦山二期核电站。

核电站稳压器安全阀是核电站⁃回路系统中最重要的阀门之一，是保证反应堆冷却剂系统及其相连管道和设备安全的关键设备。核电站主蒸汽安全阀安装在蒸汽发生器与主蒸汽快关隔离阀之间的管道上，用于主蒸汽管道及蒸汽发生器在瞬态或事故情况下的超压保护，防止蒸汽发生器与主蒸汽管线的压力超过设计限值，保证两回路压力边界的完整性。

西屋公司在美国的四个AP1000压水反应堆（PWR）的主蒸汽安全阀采用了美国Dresser公司的3700系列产品。3700系列主蒸汽安全阀的进口通径为63.5～254mm（2.5～10in），出口通径为152.4～304.8mm（6～12in）。可采用双出口结构，每小时最大蒸汽泄放量超过680t（1.5Mlb），采用弹性热阀瓣密封结构设计，具有整定压力偏差小、密封性好、可靠性高的特点，符合美国机械工程师学会颁布的QME⁃1要求和流量测试要求。确保了在设计基准事故和瞬变期间使反应堆冷却系统的剩余热量经蒸汽发生器和辅面超压保护装置排放出来。

我国在用第三代核电AP1000是目前世界上最先进的压水堆核电，采用了泰科国际有限公司（TYCO）的稳压器安全阀（PSV）和主蒸汽安全阀（MSSV）。

AP1000稳压器安全阀特点：①采用全封闭、弹簧加载式安全阀；②开启特性是突开型，且设有背压补偿装置（波纹管）；③在稳压器上共设有2台稳压器安全阀；④主要设计功能为反应堆冷却剂系统（RCS）提供超压保护；⑤设计寿命内阀门能经受240次整定压力试验（部分升程），应设计成具有173次循环运行寿命。

AP1000稳压器安全阀设计参数：整定压力为17.24MPa（绝对压力）；超过压力为3％；额定排量为94.50kg／s，其喉部尺寸系列为“P”，即喉部面积为41.16cm²或喉部直径为72.4mm。

AP1000主蒸汽安全阀特点：①采用敞开、弹簧加载式安全阀；②开启特性为突开，且设计成双排口结构型式；③每条主蒸汽管线上设有6台主蒸汽安全阀，共12台阀门；④主要设计功能是对蒸汽发生器提供超压保护；⑤设计寿命内阀门能经受240次整定压力试验（部分升程），应设计成具有300次循环运行寿命。

AP1000主蒸汽安全阀设计参数：整定压力为8.56MPa；超过压力为3％；额定排量为621000kg／h。其喉部尺寸系列：喉部面积182.39cm²或喉部直径152.4mm，该喉部尺寸较API Std 526中的“T”略大一点（T的喉部面积为167.74cm²或喉部直径为146mm）。(www.xing528.com)

图3⁃26 弹簧直接载荷式主蒸汽安全阀（Crosby公司）

1—调整螺钉 2—轭架 3—上弹簧座 4—弹簧5—阀杆 6—下弹簧座 7—导套 8—阀瓣 9—上调节圈 10—下调节圈 11—阀座 12—阀体

图3⁃27 弹簧直接载荷式主蒸汽安全阀（Dresser公司3700系列）

在核电站中还广泛使用一种先导式安全阀，先导式安全阀的密封性能可靠，开启压力和启闭压差的精度很高，可避免冷却剂的损失和减少放射性废物的排放，另外更容易实现大排量，启闭循环寿命更长，尤其适用于高温高压放射性介质环境。先导式安全阀除了应用于核电站的反应堆冷却剂系统（RCS）的稳压器上外，还用于余热排出系统（RRA）、化学和容积控制系统（RCV）、蒸汽发生器（SG）等重要场合。法国WEIR公司

图3⁃28 稳压器先导式安全阀（WEIR公司）

的稳压器先导式安全阀运行于核电站的RCS、RCV和SG等重要系统上。