核级阀门执行机构自主化现状及建议

   一、前言
    核级阀门主要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。从安全级别上分为核安全Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、非核级。其中核安全Ⅰ级要求最高。核电站因为存在着放射性辐照风险，为了有效地控制放射性辐照对运行和检修人员的伤害，提高运营机组的自动化水平，在设计上选用了大量能远程控制的核级阀门，通过主控室的按钮控制这些阀门开启和关闭，满足系统运行需要。核级阀门在核电站中是使用数量较多的介质输送控制设备，是核电站安全运行中的必不可少的重要组成部分。据统计一座具有两台100万kW机组的核电站有各类阀门近3万台。
    目前，我国核电站中使用的阀门，除秦山一期、二期中使用部分国产阀门外，其他核岛和常规岛部分所用阀门几乎全部进口。这种现况和《国家核电中长期发展规划》（2005～2020）的出台，为核级阀门自主化提供了良好的发展机遇。阀门由执行机构和阀门本体构成。核级执行机构是核级阀门的驱动机构，是事关核级阀门性能的重要设备，可以说没有核级执行机构的自主化，就不可能真正实现核级阀门的自主化，打破国外企业在核级阀门产品技术和价格方面的垄断和摆脱对国外产品的依赖，同时核级执行机构的自主化亦有利于国内企业的技术进步，可见核级执行机构自主化意义重大。
    扬州电力设备修造厂（以下简称扬修厂）系国家电网公司江苏省电力公司全资子公司，国家级高新技术企业、德国西门子公司执行机构许可证产品制造工厂。扬修厂具有30多年设计、制造阀门执行机构的经验，在核级电动、气动执行机构自主化方面走在了同行的前列，是首批获得国家核安全局颁发的“民用核安全电气设备设计、制造许可证”的执行机构生产企业。
    二、核级电动执行机构自主化历程
    1.核级阀门电动执行机构的历程
    扬修厂核级电动执行机构的研发大大体经历了三个阶段：
    （1）第一阶段1997年～1999年，引进国外知名公司的核级产品样机进行相关比照试验，积累经验阶段。在引进、消化并掌握德国西门子公司2SA3系列电动执行机构的技术基础上，我厂又从德国西门子公司引进了一台型号为M76372-G1261-K446-FA22+L18+R14的核级电动执行机构样机，按1E级K1类的标准要求进行各项性能验证性试验。在进行地震试验时，又用一台我厂生产的2SA3电动执行机构与该样机一同进行试验，以了解地震振动对电动执行机构整体结构的影响。通过对样机验证性试验和分析，比对相关标准和规范，积累1E级K1类电动装置的设计数据和经验。
    （2）第二阶段2001年～2005年联合研究所、设计院合作研发阶段。由设计院提出技术要求、鉴定试验大纲，我厂负责样机的方案设计、技术设计、样机制造并负责样机鉴定试验的实施。通过联合开发使我们对阀门电动装置从不了解到了解，并生产出满足核电厂需求，受到用户好评的产品。
    （3）第三阶段2006年至今的自主研发阶段。在多年研发核级电动执行机构的基础上，开发拥有完全自主知识产权的核级阀门执行机构，满足用户替代进口的要求。
    扬修厂自1997年开始研制核级电动执行机构以来，经过充分消化、吸收国内外标准等技术资料，通过与核工业第二研究设计院、上海核工程研究设计院、中国核动力研究设计院、田湾核电站等科研院所和用户单位进行合作探讨。先后分别开发出1E级（K1、K2、K3类）2HA3系列核级多回转电动执行机构、1E级K3类SDQH系列核级整体式小转矩部分回转电动执行机构、带缓冲装置的1E级K1、K2、K3类阀门电动执行机构、1E级K2类核级小转矩多回转阀门电动装置等。上述产品经过了全面的性能和安全方面的试验验证，完全满足了技术规格书和相关标准中规定的各项要求，相继通过了核级产品的评审和鉴定，获得权威部门和相关专家的认可。鉴定情况详见表1。    

表1 核级电动执行机构鉴定一览表

    2.目前已具备批量生产条件的核级电动执行机构种类（见表2）

表2 阀门种类及技术参数

    3.核级电动执行机构应用情况
    扬修厂自2003年开始进入核级阀门电动执行机构核电实际应用阶段，截止到2009年底共销售各种型号的核级电动执行机构产品1704台，其中K1类产品240台，K2类产品41台，K3类产品1423台。产品分别应用于田湾、秦山、岭澳、红沿河、宁德、阳江等核电站和巴基斯坦C2、401快堆、军工等项目领域。
    4.自主化产品与国外同类产品的对比（见表3）

表3 K1类阀门电动执行机构产品试验数据对比

    由于标准的差异，试验数据有所不同，但无本质区别。所以扬修厂自主化产品与法国伯纳德产品相当，可完全满足二代加核电机组的配套使用要求。
    三、核级阀门气动执行机构的现状
    1.自主化研制开发情况
    鉴于当时核电站使用的核级阀门气动执行机构全部依赖进口，而国内没有生产核级阀门气动执行机构的单位的情况，确定了在消化国外同类产品技术的基础上，结合国内的实际应用情况进行自主化研制的路线，根据阀门厂阀门自主化的需求，决定先进行膜片式核级阀门气动执行机构的开发。
    2007年以来，我厂参照国外同类产品结构，先后开发了用于DN20截止阀、DN50截止阀、DN20隔膜阀、DN80隔膜阀和DN100比例喷雾阀等5种规格型号的膜片式气动执行机构样机多台。按照标准EJ/T1022.12－1996《压水堆核电厂阀门气动装置》、EJ/T531－2001《核电厂安全级阀门驱动装置的鉴定》中的规定进行了型式试验，试验结果样机满足标准规定要求。2009年6月，通过国家能源局和中国机械工业联合会联合主持的样机鉴定，达到K2类水平。
    目前正在进行核级气动执行机构的系列化（含1E级K1类）开发工作，系列化开发的技术设计已于2010年5月初通过了国家能源局和中国机械工业联合会组织的专家评审，得到了与会领导、专家、阀门厂家及业主代表的一致高度认可，为下一步的样机制作、鉴定试验及实际工况应用工作奠定了非常好的基础。
    2.配套件国产化情况
    核级气动执行机构的工况比较严酷，对配套件的要求比较特殊，国内目前的标准产品不能满足核电工况要求。我厂了解了国内相关产品的技术水平和配套能力，通过与配套件生产厂家及专业技术人员的反复交流和探讨，明确了有关K2类配套件的技术要求，定制了一批核级气动执行机构的专用膜片、减压阀、电磁阀等，并对定制的膜片、电磁阀、减压阀等进行了机械老化、热老化、辐照老化等性能试验，为下一步的产品开发作好准备。
    3.核级气动产品应用情况
    作为样机已提供多台给中核苏阀、大连大高等阀门公司与阀门进行配套试验。
    自主化的核级气动执行机构尚无工程的实际应用。
    四、积极参与核电标准的制、修订工作，将企业自主创新的成果转化为标准
    我厂系全国阀门标准化技术委员会委员单位、过程控制与测量标准技术委员会TC124／SC4和SC5委员单位、电站阀门标准化技术委员会委员单位，电力行业标准DL／T641《电站阀门电动执行机构》和DL/T642《隔爆型电站阀门电动装置》主要起草单位。
    现有1996版核级执行机构标准取到了关键性的指导作用，是核级产品开发的主要依据之一。随着国内外核电技术、执行机构本身的技术发展及目前国内核电机组的建设情况，对1996版标准进行适当修订是必要且及时的，我厂积极参与了EJ/T1022.11《压水堆核电厂阀门第11部分：电动装置》和EJ/T1022.12《压水堆核电厂阀门第12部分：气动装置》的修订工作，将企业自主创新的成果转化为标准，充分体现目前国内的核电机组的技术特点、国内的制造水平、配套能力及试验手段等条件要求，使其更加便于实施与运用，更具权威性。目前这两个标准的修订工作已到了报批阶段。我厂还承担了《核电厂安全级阀门电动装置质量鉴定试验规则》标准的制订和《核电厂安全级阀门驱动装置质量鉴定》标准的修订的牵头工作，目前各项工作正在有序进行。
    五、核级执行机构自主化的思考与建议
    1.目前存在的问题
    核电产品自主化应是从核级产品的技术要求确定、产品设计、样机研制、鉴定试验、产品制造到产品的实际应用的全过程，涉及到业主单位、设计院、制造单位。目前存在以下几方面的问题。

 

    1）供货批量小。核级产品的前期样机研制投入大，批量生产的制造成本也高。目前来看，企业的投入与产出不匹配，一定程度上影响了企业的积极性，制约了企业的进一步发展。
    2）国内配套能力不够，配套件采购困难。配套件厂家对核电市场不够了解，同时配套件的研发投入也大，影响了厂家研发核级产品配套件的积极性。采用进口配套件，则价格高，交货期长。
    3）受国内核级阀门及其执行机构的试验测试手段所限，以及技术、管理等原因，目前核级阀门及其执行机构产品的可靠性数据少，自动控制水平较低、产品的质量还不够稳定，导致核电站业主不愿或不轻易采用国内生产的核电站关键部位用核电阀门及其执行机构。
    2.几点建议
    核级产品的自主化如果缺少实际应用环节，则不能说实现了产品自主化，也不能形成核电安全、稳定运行的技术装备保障。因此建议：
    1）由国家能源局、中国机械工业联合会牵头，构建业主单位、设计院和制造单位的联动机制，以项目为依托成立核级阀门执行机构自主化联合工作小组，由业主提出应用需求，设计院提供技术支撑，阀门厂和执行机构制造厂具体实施，明确自主化工作内容、技术要求，制订详细工作计划。各相关单位主要工作内容分工如下：由业主负责提出自主化阀门及执行机构的采购需求，提出自主化阀门及执行机构的采购需求，对核电设备制造厂人员进行技术培训以及自主化执行机构的实际工况应用和信息反馈等工作；由设计院负责提供国外同类产品的技术信息，提出自主化执行机构的设计要求，试验要求并指导鉴定试验等工作；执行机构的制造单位则负责样机设计、制造、鉴定试验及批量制造工作。
    2）由国家能源局协调明确：国内具备供货能力的产品，业主优先使用；常规岛产品，优先选用国内产品。
    3）近期采用进口配套件。建议国家能源局、中国机械工业联合会协调组织国内骨干企业进行核级执行机构配套件的自主化开发。
    4）尽快进一步补充完善我国的核电阀门及其执行机构的技术标准和规范。将现有的EJ、GB等标准按ASME、RCC-E等标准补充完善，符合国情，提高可操作性，以利于国内核电阀门及其执行机构在设计、选材、制造、检验等各个环节上能够达到自主化。
    5）核电是以安全可靠为第一原则的。希望国家及各相关单位在技术、人才、政策、软件、硬件、管理诸方面采取有效措施提高核级阀门及其执行机构产品的技术水平，保持质量稳定，以尽快适应核电阀门自主化要求的步伐，满足国家核电设备逐步国产化的需要。