核电阀门主要部件设计要求
——1 概述
核电阀门是指在核电站中核岛（N1）、常规岛（CI）和电站辅助设施（BOP）系统中使用的阀门。核安全分为安全级别Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ核安全等级和非核级Ⅰ最高等级要求。可分为设计规范等级C1级、C2级及C3级。压力组可分为Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ组。核电阀是核电站中使用较多的介质输送控制设备，是核电站安全运行的重要组成部分。
2 阀门设计
2.1 小口径截止阀
（1）C一级小直径截止阀
C1级小直径截止阀的阀体和阀盖应设计为整体。阀体和阀盖可以密封连接。如无其他特殊规定，焊接应在工厂内完成。阀体和阀盖采用锻件、模锻或轧件焊接结构。截止阀禁止使用铸钢。用户同意调节阀使用铸钢。
压力Ⅰ组和Ⅱ组C由1级小直径截止阀盖和阀瓣组成的上密封面表面应堆焊硬质合金。Ⅲ组装阀的非合金钢阀盖上的密封面应堆放焊接不锈钢。如果阀门不是整体设计，其组件应焊接组装，以消除通过密封面泄漏的风险。Ⅰ组和Ⅱ阀座和阀瓣的密封面为表面硬合金堆焊。Ⅲ除表面硬质合金堆焊的气动截止阀外，组阀的密封面可为裸露的不锈钢。阀座可焊接成型或焊接座圈。调节阀的阀座可与阀套集成。
C除使用旋转阀杆的金属隔膜阀外，一级小直径截止阀只允许使用滑动阀杆。阀杆应抛光，与填料接触部分的直径公差应小于0.05mm。阀杆的精加工表面应保证不会由于阀杆与填料之间介质泄漏而产生腐蚀或侵蚀。阀瓣与阀杆可以轻微活动以便对中，但不能在阀杆上自由转动。调节阀的阀瓣应固定在阀杆上。
（2）C二级小直径截止阀
C如果2级小直径截止阀为隔离阀和手动调节阀，则应为整体设计。阀体和阀盖可以密封焊接或螺纹连接。如果没有其他特殊规定，焊接应在工厂内完成。然而，压力级为10MPa（600Lb）以下阀门允许阀盖用螺栓与阀体连接，以防止垫片密封结构过度压缩。阀体和阀盖采用锻造、模锻或轧件焊接结构。铸钢可用于第一Ⅲ压力组。用于铸钢Ⅰ、Ⅱ压力组的调节阀必须经用户同意。
阀盖盖和阀瓣组成的上密封面不需要表面焊接硬合金。不锈钢应堆放在非合金钢阀盖的密封面上。Ⅱ组和Ⅲ组阀门的上密封面可直接设在阀杆上。当阀瓣由多个零件组成时，应采用点焊或机械方法装配。压力Ⅰ组和Ⅱ阀座和阀瓣密封面为表面堆焊硬质合金。Ⅲ组阀的密封面必须是表面焊接硬合金的气动截止阀，其余可为裸露的不锈钢。阀座可以焊接或焊接到座圈上。调节阀的阀座可与阀套集成。
除金属隔膜阀可采用旋转阀杆外，只允许不旋转阀杆。阀杆表面应无挠度，与填料接触部分的直径公差应小于0.05mm。阀瓣和阀杆可以轻微移动，以调当调整，但不能在阀杆上自由旋转。
（3）C三级小直径截止阀
C三级小直径截止阀的阀体与阀盖采用凹凸法兰连接，法兰之间安装密封垫片，用螺栓紧固。如无特殊规定，也可采用非焊接螺栓连接。铸钢制造阀体和阀盖。Ⅱ组的阀门可采用阀杆上的密封结构。如果上密封面在非整体设计的阀门上，则应焊接阀门的组合部件。Ⅲ组的阀门不一定要密封。Ⅰ组和Ⅱ组阀座和阀阀密封表面堆焊硬质合金。Ⅲ组阀的密封面质合金气动截止阀外，组阀的密封面可为裸露不锈钢。阀座可焊接成型或焊接座圈。调节阀的阀座可与阀套集成。
阀杆表面应无挠度，与填料接触部分的直径公差应小于0.05mm。填料函的内表面应精加工。阀瓣与阀杆可轻微移动，以调节对中，但不能在阀杆上自由旋转。
2.2 闸阀和大直径截止阀
（1）C1级阀门
C一级阀门的阀体可采用锻钢和铸钢。当压力边界上的焊缝可用射线或锻造焊接结构进行检查时。各压力组的闸阀、大直径截止阀和调节阀的阀体和阀盖用螺栓和压力自密封连接。如有特殊要求，阀体和阀盖可用唇螺栓密封。
阀盖上的密封面应堆焊硬质合金或不锈钢(最小硬度25HRC）。用于过热蒸汽的阀杆上密封面应堆焊硬质合金，或13%~17%Cr不锈钢(最小硬度20HRC）。硬质合金应堆焊在阀座和阀瓣密封面表面。
阀杆应无挠度，表面应，最大表面粗糙度Ra=0.4μm。阀杆直径公差小于0.1mm。填料函最大表面粗糙度Ra=1.6μm。
（2）C2级阀门
C二级阀体可采用锻钢和铸钢制成。当压力边界上的焊缝可用射线或锻造焊接结构进行检查时。各压力级阀体与阀盖的连接采用压力自密封和带密封的螺栓连接。压力级5.0MPa以上级别采用凹凸配合面和全嵌入式垫片。如有要求，阀体与阀盖的连接应采用凹凸垫片、密封唇和螺栓固定。阀盖与阀杆上的密封面可焊接硬合金。不锈钢应堆放在非合金钢阀盖的密封面上。
阀杆应无挠度，表面应研磨，与填料接触的阀杆直径公差应小于0.1mm。填料函内表面的粗糙度Ramax=1.6μm。
密封面的一个表面(阀座或闸板)堆焊硬质合金。另一个表面在压力级≥6.8MPa（400Lb）硬质合金堆焊时，压力级≤5.0MPa（300Lb）堆焊不锈钢。
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（3）C3级阀门
C三级阀体可采用锻钢、铸钢或轧件焊接而成。阀体和阀盖应用密封螺栓连接。垫片可以是非嵌入式的。阀盖和阀杆上的密封面可以堆放和焊接硬合金。压力级6.8MPa（400Lb）阀门密封面应在表面焊接硬合金，闸板与阀座的硬度差异较大，压力级为5.0MPa（300Lb）以下阀门密封面应堆焊不锈钢。
阀杆应无挠度，表面应研磨，与填料接触部分的阀杆直径公差应小于0.1mm，表面粗糙度Ramax=0.8μm。填料函表面粗糙度Ramax=1.6μm。
2.3 止回阀
一般来说，小直径截止阀、大直径截止阀和闸阀对阀体与阀盖之间连接的规定也适用于提升止回阀和旋转止回阀。（1）小直径提升止回阀小直径提升止回阀杆的导向部分应有足够的长度，使阀门无障碍自由移动。导向机构应有平衡孔，以避免活塞效应。
C1类升降止回阀的阀瓣和阀座密封面应堆焊硬质合金。禁止使用锥形座和锥形环形座。C2类升降式止回阀压力Ⅰ和Ⅱ组阀的密封面应为表面堆焊硬质合金。根据操作条件，合成橡胶阀座可用作非核标准阀的另一个密封面。Ⅲ组阀不需要表面硬合金堆焊。合成橡胶阀座可用作密封面。如果是分离的，可以焊接。
(2)旋启式止回阀
旋启止回阀各压力组的旋启止回阀C1和C二级阀及压力Ⅱ组的C三级阀门的阀座和表面应堆焊硬质合金。Ⅲ组的C3类阀门的密封面应堆放在不锈钢或硬合金上。无论阀门中是否有介质，阀门都应自重返回关闭位置。如果可能，阀门应浸入阀门中的介质中。阀门与摇杆连接机构应有足够的摆动空间，以确保阀门准确返回座椅。阀门的相对摇杆不能旋转。核标准阀的摇杆销轴不得穿透阀体。如果阀座是分离的，则可以焊接。
2.4 球阀
一般情况下，球阀应设计为直通式，即阀口不小于接管横截面的80%.大球体应向上下导向，禁止使用润滑剂。阀体可采用铸钢、锻钢、轧制或锻造型材。阀杆应插入球体，并配备安全装置，以防止球与阀杆相对旋转。阀杆应与阀体中的导向衬套对齐。阀杆的密封表面应研磨，C1和C2级阀门Ramax=0.4μm，C3类阀门Ramax=0.8μm。应采用阀杆密封O圆圈。球面粗糙度。Ramax=0.4μm。阀座应采用合成橡胶。球体的运动应由两个限位装置组成，一个用于全开位置，另一个用于关闭位置。
3通用设计
3.1 阀门开关
阀门应满足每天至少4次开关循环，并能承受1500次开关循环。阀门应连续工作至少10年，除润滑、填料重新压缩、填料异常损坏时更换、必要时螺栓紧固外。压力外壳部件的设计寿命为40年。
3.2 操作压差
除设备技术规范另有规定外，非合金钢和奥氏体不锈钢阀的工作温度为400℃下铬合金钢阀的操作压差（△P）工作压力应等于最大允许。
3.3 手动传动装置
手动阀的传动装置应能在压差等于操作压差△P开关阀门时，手轮的总操作力不得超过300N，行程起止时间不超过600N。允许使用减速装置。无论是否使用减速装置，手动传动装置的切向操作使用减速装置。N阀门不得永久变形。截止阀的密封面不得损坏。
备用手动传动装置气动阀手轮的总操作力不得超过300N，行程起止时间不超过6000N。
电动阀备用手动传动装置应符合《压水堆核电厂阀门电动装置》的规定。
3.4 压降系数
当阀门完全打开时，闸阀和球阀的压降系数（L/D）应＜13，截止阀和三通阀的压降系数应＜140，旋启式止回阀和隔膜阀的压降系数应＜135，调节阀和升降式止回阀的压降系数应＜340。
3.5 阀门与管道连接
除另有规定外，阀门与管道的连接可采用焊接型、法兰型和螺纹型。
（1）焊接型
承插焊用于≤DN25（1in.）阀门与管道的连接。对接焊用于≥DN阀门与管道的连接。
（2）法兰型
法兰应符合ASMEB16.5.管道法兰和法兰管件的规定。在输送放射性介质的回路上，也可包括密封焊（如密封唇焊）。
（3）螺纹型
非仪表气压缩空气系统可采用螺纹连接。
3.6 阀杆和填料
除另有规定外，阀杆的螺纹部分不得与输送流体接触，阀杆和阀杆的螺母部件应自锁。阀杆和填料应耐各种腐蚀。填料应满足要求Q/BU.J1502-93要求。填料应由石墨和膨胀石墨制成。
3.7 硬质合金表面堆焊
尽量避免12%~17%Cr钴基硬质合金堆放在不锈钢上。核标准阀应符合《核岛机械设备设计与施工规则》S《碳钢、低合金钢或合金钢耐磨堆焊条例》。
3.8 驱动装置
当手轮顺时针旋转时，阀门关闭，箭头标记方向和开和关字样。
(1)手动装置
手动闸阀的设计应允许更换电动驱动机构。旋转90°手柄长度与阀门尺寸有关。在开启位置，手柄与介质流向相同。为减少错误，手柄应配备防止误操作的装置，以确保手柄仅固定在同一位置。
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(2)电气装置
电动应优先考虑手动和电动操作。手轮应自动从驱动机构中分离出来。阀杆螺母不得与电动驱动机构集成。电动驱动机构不得从阀杆上拆卸螺母。备用手动操作装置，当配备减速比大于10的齿轮减速装置时，应配备扭矩开关动作视觉指示器。电动执行机构也应满意EJ/T1022.11.阀门与执行机构的连接应自锁，电机必须防水防尘(防护等级)IP55）绝缘性能应适应运行条件。扭矩开关的操作模式应允许两个转向驱动。扭矩开关应为测力计，过载时可跳闸。截止阀和隔膜阀必须保证连续可靠的阀瓣密封。
平行闸阀和球阀在正常关闭过程中，当阀瓣到达指定位置时，电动执行机构由限位开关停止。扭矩开关只在限位开关故障或操作事故发生时使用。全开关由限位开关操作。扭矩开关作为备用。在正常关闭过程中，楔形闸阀、平行双闸门闸阀和截止阀驱动阀瓣移动，由扭矩开关停止，限位开关可作为位置探测器。全开关由限位开关操作，扭矩开关备用。
(3)气动装置
气动阀应采用手动操作装置作为备用装置（除其他规定外）。设计应使操作装置的拆卸过程确保介质不泄漏到外部。除非特别说明，所有气动阀应设置备用手动操作机构，并应具有开关位置指示、中间位置指示（如有要求）、锁定在中间位置（如有要求）和易于拆卸。
对于调节阀，制造商应准备执行机构的尺寸报告，所有参数必须经过验证和认可。执行机构的上壳应可拆卸。仪器采用压缩空气分配系统（SAR）压力见阀门采购要求和清单。执行机构应能够在阀门清单下，执行机构应能够在气源压力范围内执行其功能。当阀门承受压力时，执行机构应能够拆卸。通常，除带填料压缩装置的调节阀外，执行机构应在不影响阀杆密封的前提下设计为可拆卸型。
执行机构应具有储存能量的特点，使阀门在失去气源或电源时能够恢复到故障-安全位置的开关）。故障-安全位置由阀门采购要求和清单确定。该系统应使阀门在最大压差和特殊环境条件下保持在故障-安全位置。
3.9 位置指示器
所有阀门应有清晰的开关位置指示标志。所有电动阀应配备阀门位置视觉指示器。对于平行闸阀，阀门回座应在关闭位置。阀杆限位开关应具有指示和控制功能的电触点。电动阀限位开关的要求应符合压水堆核电厂阀电动装置的规定。
3.10 填料函引泄漏
为保证核标准级阀门阀杆的密封性，应采用双填料中间引漏环和引漏接管结构（有特殊规定除外）。引漏管应为10cm长，21.3mm×2.77mm的平直管。
3.11 其他装置
除电动阀外，所有隔离阀均应有锁定装置，使阀门锁定在开关位置。
楔形闸阀应设计防止阀杆在阀体内旋转，以免损坏密封面。
机械锁紧装置应设计在承压边界内的螺栓。
3.12 阀门零部件材料
若阀体为不锈钢，则与输送介质接触的其它部件也应采用不锈钢。
3.13 互换性
相同类型阀门的所有相同部件应相互交换。
3.14 搬运
重量大于30kg阀门应有吊耳，或在图中注明起吊位置。
4 结语
根据核电阀运行的实际情况，核电阀的技术特点和要求比火力发电和水力发电阀严格。除传统阀的技术要求外，核电阀的技术要求和制造工艺还应进行有限元分析和抗震计算分析、薄膜应力极限计算、薄膜应力 弯曲应力极限计算、一次加二次应力变化极限计算和填料函防泄漏结构设计，重点关注介质杂质污染、环境温度、运行温度、环境湿度、放射性、直流电源和电压波动、地震振动条件下稳定性的技术要求和安全等级。
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