目前我国百万千瓦压水堆核级设备鉴定试验工作中急需要解决的项目和相关装备资料.docx

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目前我国百万千瓦压水堆核级设备鉴定试验工作中急需要解决的项目和相关装备资料

目前我国核级设备鉴定试验工作中需要解决的问题和相关装备

核安全设备的设备鉴定可以采用分析、试验和分析加试验等三种方法进行。

其中能动的机械设备（如泵、阀门、风机等）和核安全级电气设备样机在第一次鉴定时，则需要通过试验方法进行鉴定。

鉴定试验主要是抗震试验、老化试验（热老化、辐照老化、机械振动老化和运行老化）、电磁抗干扰度试验（EMC）和LOCA事故试验。

我国的鉴定试验和鉴定实验室已有了长足发展。

但由于没有形成系统的规划，因此有不少的缺项。

对比百万千瓦级压水堆核电站要求和AP1000（AP1400）的要求仍有相当大的差距。

以下分别列出核安全设备在设备鉴定中必须应进行、而国内尚不具备试验能力的项目和试验装备：

1、核安全级阀门：

核级阀门的鉴定试验共有7项。

目前国内对小型阀门均可完成这些试验，但对大中型阀门，尚有以下3项试验内容不能进行：

1）大中型截止阀、隔离阀的流量阻断试验；

2）大中型止回阀的逆流试验、动作寿命试验，全开状态流量试验；

3）大中型安全泄压阀的热冲击试验、热态动作性能试验和热态排放试验。

对于前两个试验，目前的高温高压试验回路的管径偏小（小于150mm），且流量也偏小（80m3/h左右）。

因此，对于口径大于150mm以上（特别是DN250以上）的阀门尚不能进行试验。

这些试验，特别是流量阻断试验，目前的解决方案可采用成都核动力院实验室现有回路进行改造。

作为初步解决方案（见附录1），第二步则新建大回路。

对于安全阀、泄压阀的排放试验，目前只有合肥通用所的冷态试验回路，且流量也不够大。

国内尚没有热态试验回路，这也阻碍了这类阀门的研制和发展。

核动力院拟对现有热工回路进行较大规模改造，建立高温高压流体排放装置，解决此问题，同时可以作大阀门的流体阻断试验（附录3）。

对于热冲击试验，要求瞬态温度变化为206℃/10秒，目前还不具备这一回路，要求新建。

2、核安全级水泵

国内对于二级泵（如安注泵、安喷泵）有以下鉴定试验需要作：

1）热冲击试验

2）固体颗粒试验

沈阳鼓风机厂在国家的支持下已建立两个试验回路，可满足鉴定试验要求。

另外，重庆水泵厂也在积极筹建这两个试验回路。

3、抗震试验和振动老化试验

在核安全级设备的抗震试验和振动老化方面，我国现有7个振动台，基本可满足试验需要。

然而对于AP1000的设备抗震鉴定试验要求尚有一些差距。

首先，根据西屋提供的响应谱曲线，AP1000所需要鉴定的设备是针对标准的包络型（可适用世界各地）的厂址。

即地面加速度达到0.3g的厂址（目前我国核电厂都选择在等于或小于0.2g的厂址）。

因此对于它们的标准设备响应谱有如下要求：

1）水平向最大零周期加速度（ZPA）为1.65g

2）垂直向最大零周期加速度（ZPA）为1.67g

其次，对于“管道安装”型设备（主要是指阀门），则要求输入运动（RIM）达6g。

目前国内振动台达不到这一要求，此外小加速度（0.75g）长时间（6小时）的振动老化试验，以前均在航空工业部的振动试验室进行，但尺寸不够大，只作些小型电控组件的试验，不能满足阀门、大型电控组件的试验要求。

中国核动力院提出的解决方案如下：

1）购置一台台面尺寸2×2m，载重量为5吨的试验台（三向输入），以满足以上试验要求。

这样可进行中型阀门和电控柜及电控组件的抗震试验。

2）再制造一个较大的台面（如2×2m）的5吨振动台，可进行大中型阀门、电装和电控柜的振动老化试验（见附录3）。

4、辐照试验

AP1000要求的辐照源应达剂量率2.5X104Gy/hr，总剂量达2.1X106Gy的要求。

过去我国仅作剂量率1.0X103Gy/hr，总剂量达1.7X106Gy的要求。

原辐照装置的缺点是试件空间尺寸小，辐照不均匀，温度控制和通风控制不好。

因此要对目前的放射源或反应堆的辐照孔道进行改造。

中国核动力院提出在原有基础上扩建γ辐照试验装置的报告，详见附录3。

5、热老化试验和LOCA事故环境试验室

目前国内已有多家热老化实验室。

二院还有湿热老化实验室。

但该实验室的尺寸有限，不能承担大型核电设备热老化试验。

需要建立一个大型的热老化实验室和扩建LOCA事故环境试验室（LOCA中室）。

见附录2.

6、阻尼器试验台架的建立

目前我国已有3家取得核许可证的阻尼器生产厂家，并都在国内完成全部阻尼器的4项性能试验，11项鉴定试验（包括环境试验、耐久性试验和抗震试验）。

但目前生产的均是100吨位以下的用于管道上的阻尼器，大型设备的大吨位阻尼器（用于蒸汽发生器、主泵等）尚不能制造。

通过调查，认为产品的设计和制造不是问题，主要在产品研制和试验台架的建立上。

目前我国的阻尼器试验台架有两个，一个在上海理工大雪实验工厂，一个在沈阳鑫通机械厂，均在50t以下。

100万千瓦核电机组的阻尼器为650～800吨。

800吨级试验台架的设计和制造，预计需投入资金1000万元。

附录1：

核动力院关于核级阀门鉴定试验装置改造建设（主要用于止回阀的逆流试验和隔离阀的阻断试验）的预估

附录2：

核二院关于建立LOCA中室和大型热老化实验室的预估

附录3：

核动力院关于核级设备鉴定试验装置配套完善建设的建议

（包括：

1）抗震试验和振动老化试验装置；2）γ辐照试验装置；3）安全阀、卸压阀的排放试验和隔离阀的流体阻断综合试验装置；4）核级止回阀鉴定试验装置建设。

）

附录4：

阻尼器试验台架

附录1：

核动力院关于核级阀门鉴定试验装置改造建设的预估

这是在原高温高压试验回路上改造的方案。

改造后的核级阀门综合性能试验装置能够针对DN400及以下闸阀、截止阀或调节阀进行动作寿命试验、流体阻断试验、热冲击等试验项目。

改造后的综合实验装置的主要设计参数如下：

设计压力17.2MPa

设计温度350℃

试验段流量200m3/h~400m3/h

1）改造内容

改造后试验装置由回路系统（包括主回路、试验支路等）、压力安全系统、回路冷却系统、净化系统、设备冷却水系统、补水系统、取样系统等组成。

其中，主回路、压力安全系统、回路冷却系统、净化系统、设备冷却水系统、补水系统、取样系统等利用动力设备综合试验装置已有系统、设备，只是新增试验支路。

新建试验支路包括：

●阀门动作寿命试验支路

●热冲击试验管路

●流体阻断试验排放管路

试验支路管道内径约180mm，壁厚约20mm，材料为不锈钢，设计压力17.2MPa，设计温度350℃。

2）经费预算

该项目所需经费：

约300万元。

经费构成如下：

不锈钢主管道（Φ300×20，约85米）：

85万

主弯头（Φ300×20，6个）：

18万

主三通（Φ300×20，6个）：

30万

阀门（DN150阀门4个，其中阀门20余个）：

96万

材料费：

15万

文丘里流量计（4台）：

20万元

安装费：

20万元

附录2：

核二院关于建立LOCA中室和大型热老化实验室的预估

1、LOCA试验装置升级

为了AP1000的LOCA试验的开展，需要解决原蒸汽源偏小的问题，拟建立“试验中室”。

试验中室按AP1000要求设计制造。

在总结了大小室运行调试经验基础上，为了进一步提高实验室LOCA装置运行参数、运行能力与运行安全性而提出的方案。

核二院提出的解决方案如下：

1）LOCA中室为立式，其基本参数为：

小室直径：

1200mm小室高度：

1843mm

容积：

1.95m3设计压力：

1.6MPa

设计温度：

300℃工作介质：

蒸汽+1.5%硼酸

材质：

不锈钢容器型式：

立式

2）工程预算：

泵回路改造需200万，新增一台蒸汽发生器需150万，总计350万元。

2、热老化试验装置升级

为了承担大型机电设备的热老化试验，需增加一个大型的热老化箱。

主要参数：

尺寸：

3.3×2.3×2.5m

容积：

20m3

温度范围：

—80℃~+200℃

需要的费用估计：

165万元。

附录3：

核动力院关于核级设备鉴定试验装置配套完善建设的建议

在附录1种给出了在原有回路改造，以适应目前设备鉴定需要的解决方案。

本附录3给出为解决三代AP1000和二代加的设备鉴定要求而提出的进一步配套完善建设的建议，计划新建以下三个试验装置：

1）抗震试验和振动老化试验装置

核动力院原有一个多自由度大振动台（6×6m），但激励的加速度只能达到1g，还有二个电磁式小振动台（1.5×1.5m），虽可产生较大加速度（100g），但只有1个自由度。

引进三代核电站AP1000核级设备抗震采用标准化设计，其核级电器设备抗震要求远高于二代电站，如中压电器柜抗震大纲要求其零周期加速度（ZAP）达4g，且西屋公司明确要求在抗震试验时，不能以单轴向抗震试验代替多轴抗震试验。

目前国内抗震试验装置性能将无法进行3代电站核级阀门、驱动电装的抗震鉴定试验，大部分电器设备抗震鉴定试验。

另外，国内外规范要求：

对于阀门、电子电器控制柜等具有明显振动老化机理的设备，必须在三个方向上进行10Hz-200Hz振动老化试验。

现有最大设备无法进行尺寸大于1.5m×1.5m，质量大于2000kg（扣除支撑及台面自重后实际允许设备质量约1000kg~1500kg）以上关键设备的振动老化试验。

综上所述，为推进我国2代核电设备国产化进程，满足3代核电站核级设备抗震鉴定试验基本要求，保证核电站设备的抗震安全性能，需新建：

1）承载5000kg、满载最大加速度不小于6g的2m×2m多自由度地震台；2）最大推力30吨，最大载荷不小于5000kg电磁振动台。

项目建设的主要内容如下：

①2m2m多自由度地震台

新建2m2m的地震台可与现有6m×6m大型地震台共用油源系统和试验基础（6m×6m大型地震台设计建造时已预留2m2m的地震台安装基础）。

由于地震台属于机电一体的高科技设备，特别是对于大加速度，高性能的液压地震台国内设计制造技术条件还不成熟，需国外引进。

该地震台暂定主要技术规格如下：

台面尺寸：

2m2m

最大承载：

5000kg（5t）

满载最大加速度：

≥6g

运动自由度：

6

最大行程：

X:

100mm，Y:

200mm，Z:

100mm

工作频率：

0.1～50Hz（正弦波），0.1～120Hz（随机波）。

主要应用目标：

核级泵、阀、电装抗震鉴定试验；三代核电站反应堆系统控制盘、控制柜抗震鉴定试验；三代核电站1E级高、中、低压控制柜抗震鉴定试验等。

②1个自由度大推力30吨的电磁振动台

新建大推力电磁振动台与现有中、小推力电磁振动台配套。

设备主要技术规格如下：

水平滑台尺寸：

2m2m

最大承载：

5000kg

空载最大加速度：

100g

频率范围：

5～2000Hz；

冷却方式：

水冷。

主要应用目标：

大口径核级阀们、驱动电装环境振动老化鉴定试验；三代核电站1E级中、低压控制柜环境振动老化鉴定试验等。

上述试验装置建成后，与中国核动力研究设计院现有大型地震台、反应堆驱动线多点激励抗震试验装置、中小推力电磁振动台配套使用，将能够满载在建2代加核电站及3代核电站建造核级设备国产化振动与抗震鉴定试验要求。

建造进度安排：

2008年6月2010年12月，建成上述二试验装置并与现有试验装置配套，具备完善的百万千瓦级核电站用核级设备振动与抗震试验鉴定能力。

投资估算：

该项目所需总经费：

3100万元

其中：

建筑工程费（建筑面积400m2）：

300万元

地震台购置费：

1500万元

大推力电磁振动台：

1200万元

安装调试费：

100万元

2）γ辐照试验装置

核动力院目前已有一个γ辐照装置，目前主要问题是现有的γ辐照装置最大允许载入尺寸只有230mm×460mm（即装置截面尺寸），无法满足尺寸稍大设备和组件的辐照试验（如泵组电机），同时试验条件方面也无法满足鉴定试验的要求。

因此，利用现有的设施条件、屏蔽条件以及丰富的放射性γ源条件，建造大尺寸的γ辐照装置是十分必要的，并从核级设备鉴定角度完善控制方式和设施条件（如温控、换气等），形成适用于核级设备鉴定的辐照试验设施，以满足通常试验任务的要求。

1、建设目标

本建议书的设计构想是以二代加和三代压水堆核电站1E级设备辐照鉴定要求为设计输入。

温度：

70℃±3℃

换气次数：

每小时0～10次。

剂量：

均匀，剂量率8Gy/min～400Gy/min（AP1000剂量要求为1.8×104Gy/h＝300Gy/min）。

2、现有条件

新建γ辐照装置现有设施条件主要有：

保存水池、双梁桥式起重机、元件操作工具及丰富的放射性γ源。

HFETR保存水池位于49-3厂房保存水池大厅，经详细研究HFETR保存水池结构及其存储现状，建造大尺寸的辐照装置是可行的。

能建造辐照装置的地方其最大尺寸约为1300mm×1500mm。

3、辐照装置建造内容

新建辐照装置依托于现有设施和屏蔽条件，为沉井式结构。

测量与控制方面主要由温度控制系统、γ剂量实时监测系统、电视监视系统、通风换气系统及动态步进控制系统构成；由冗余配置两台工控机完成数据采集和参与系统控制，以满足核级设备鉴定试验在温控、换气、实时监测、受照剂量均匀性及可靠性等方面的要求。

3.1沉井装置

沉井装置是辐照装置新建结构的主体，由井体和元件架构成，其基本材料为不锈钢板，板厚度为5—8mm。

井体截面结构为长方形，辐照区段尺寸为800mm×1000mm。

长边元件架可布置11个放射性γ源，短边可布置9个放射性γ源，共计40个，辐照装置放射性γ源装载示意图附见3。

由图可知，辐照装置的装载可以根据不同的辐照要求进行灵活布置，如可以单棒源、双棒源、对称四角或四边棒源等多种装载方式。

每种装载方式都可以根据受照剂量选择不同数量的放射性γ源。

其中可以是HFETR的乏燃料组件γ源，也可以是60Coγ源。

3.2动态步进控制

吊车采用现有的15/3吨桥式吊车，动态步进辐照控制。

辐照台阶步长最小50mm，全程总长2500mm，根据辐照样品具体情况可采用不同步长、步数及时间的控制。

3.3温度控制

根据核级设备辐照试验条件“使容器内空气温度保持在70±3℃”和材料考验一般有较高温度的条件要求，采用在吊兰外悬挂铠装电加热管组方式。

温度的控制范围是45℃~400℃。

误差范围为

5%。

三支热电偶中有两只参与温度测量，一支备用。

3.4γ剂量实时监测

采用微型γ电离室监测辐照场，获得剂量率、场的分布及累积剂量参数。

3.5通风换气

根据要求辐照场区要进行通风换气控制，保证辐照空间内每小时3倍容积的换气量。

采用小型通风机加管线完成通风换气流程。

对通风系统控制采用手动与计算机自动控制两种控制方式进行，两种方式相互联锁。

4、经费概算

本项目预计需经费440万。

5、进度安排

项目立项后10个月完成。

3）安全阀、卸压阀的排放试验和隔离阀的流体阻断综合试验装置

核电厂核级阀门鉴定试验存在高温高压流体排放现象，如压力释放装置（安全阀、泄压阀等）的动作性能和排量试验，闸阀和截止阀等的流体阻断试验，止回阀的反向流动试验等。

中国核动力研究设计院目前配备有8m3的稳压器，可用于开展安全阀的开启压力测试试验及小排量的安全阀、泄压阀排量试验，也可开展小尺寸阀门流体阻断试验。

但目前的试验台架只能满足50t/h排量以下的安全阀、释放阀的性能试验及小口径阀门（＜dN80）热态寿命试验、耐久性试验等要求，不能满足大口径核级阀门性能试验、寿命试验、反向流动试验等设备鉴定要求。

1、建设目标

依据《压力释放装置性能试验规范》（ASMEPTC25-1994）和ASMEQME-1的相关要求设计建造高温高压流体排放综合试验装置，该装置不仅满足百万千瓦级核电站先导式安全阀（170t/h）、弹簧式安全阀（90t/h）等压力释放装置鉴定试验的要求，还满足DN400止回阀反向流动试验及闸阀和截止阀的流体阻断试验（10％流通面积）要求。

试验回路管道口径为dN300。

试验装置主要设计参数如下：

设计压力：

19.6MPa

设计温度：

365℃

试验装置满足以下试验项目的要求：

Ø安全阀热态动作性能试验

Ø安全阀热态排量试验

Ø安全阀热态动作寿命试验和密封性能试验

Ø止回阀反向流动试验

Ø闸阀和截止阀等流体阻断试验（10％流通面积）

2、建设内容

如图1所示，试验装置主要由2个高温高压蓄能容器、1个中压背压容器（含消音器）、补水预热系统、蒸汽排放试验支路（稳压器安全阀动作性能及排量试验）、液体排放试验支路（泄压阀动作性能及排量试验、止回阀反向试验、闸阀流体阻断试验）以及相应管道阀门组成。

蒸汽排放试验支路设置在容器1的上端，液体排放试验支路设置在容器2的下端。

试验容器1、试验容器2和其余管道及部件的设计压力为19.6MPa，设计温度为365℃。

试验容器1容积初步设计为10m3，试验容器2容积初步设计为20m3。

背压容器设计压力6.4MPa，设计温度350℃，容积为5m3。

背压容器

蒸汽排放

另外，试验装置还必须配备相应的电气系统、仪控系统等。

液体排放

图1核级安全阀鉴定试验装置示意图

3、经费预算

该项目所需总经费：

约4835万元

经费构成如下：

设计费：

50万

试验容器1：

1200万元

试验容器2：

2350万元

背压容器：

200万元

主弯头：

25万元

气（电）动快开阀：

120万元

不锈钢管道：

100万元

文丘里流量计：

20万元

安装费：

60万元

防爆电加热元件（约600kW）：

80万

测量系统：

120万元

电气系统：

210万元

建筑工程费（建筑面积400

）：

300万元

4、进度计划

本项目建设周期为12个月，进度安排如下：

2个月：

完成试验装置建设方案设计，主设备、管道订货；

8个月：

主设备、管道加工；

1.5个月：

完成试验装置施工；

0.5月调试，具备试验条件。

4）核级止回阀鉴定装置

1、建设目标

设计建造核级止回阀鉴定试验装置，能够满足ASMEQME-1QV中对核级止回阀质量鉴定标准及用户要求，完成以下试验项目：

DN400及以下止回阀性能试验；

DN400及以下止回阀动作寿命试验（流量约200m3/h）；

DN250及以下止回阀反向流动试验（流量约1000m3/h）。

试验装置主要设计参数如下：

设计压力17.2MPa

设计温度350℃

泵流量780m3/h

试验段流量200m3/h～500m3/h

2、建设内容

核级止回阀鉴定试验装置为改建项目，改造后试验装置由回路系统（包括主回路、试验支路等）、压力安全系统、回路冷却系统、净化系统、设备冷却水系统、补水系统、取样系统等组成（见图2）。

其中，主回路、压力安全系统、回路冷却系统、净化系统、设备冷却水系统、补水系统、取样系统等利用动力设备综合试验装置已有系统、设备，新增试验支路。

新建试验支路包括：

止回阀动作寿命试验支路；

止回阀反向流动试验支路；

止回阀热冲击试验管路。

反向流动试验排放管路、试验支路管道内径约250mm，设计压力17.2MPa，设计温度350℃。

图2核级止回阀鉴定试验装置简图

3、经费预算

该项目所需总经费：

约540万元。

其中，满足止回阀动作寿命试验（含冷热交变试验）改造费：

300万元；逆流试验改造费240万元。

4、进度计划

本项目建设周期为8个月。

附录4：

阻尼器试验台架

1．建设目标和内容

阻尼器用于管道和设备，在核电站启动、停堆时，对设备和管道的热膨胀起位移补偿作用，在地震时起阻尼遏制作用。

目前我国阻尼器试验台架最大为100吨（在沈阳鑫通公司和上海理工大学），因此我国目前也只能生产100吨以下的阻尼器，而30万千瓦机组最大阻尼器为300吨、100万千瓦机组最大阻尼器为650～800吨（用于主泵和蒸汽发生器的支承），过去100吨以上的阻尼器均需从国外进口。

目前我国通过近二十年阻尼器研制，在产品研制和试验台架研制已有相当基础，建议研制800吨级试验台架，为研制800吨级阻尼器提出研制基础。

2．经费预算

根据沈阳鑫通电站设备制造公司预估，800吨级阻尼器试验台架的设计与制造需要资金约1000万元。