主蒸汽隔离阀在CPR与EPR堆型中的同异性分析

摘要：由于CPR和EPR电站在安全要求、系统设计等方面的差异，主蒸汽隔离阀在控制系统、结构尺寸、材料等方面存在一些区别。文章比较主蒸汽隔离阀在CPR和EPR堆型中的同异性，分析其在功能、结构、材料等方面存在主要差异的原因，提出在工程实践中的相关建议。

关键词：主蒸汽隔离阀；CPR；EPR；同异性

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）27-0057-03

CPR1000（以下简称CPR）是中广核集团目前正在批量化建设的百万千瓦级压水堆核电站型号。

EPR是由法码通和西门子联合开发的新一代压水堆核电站型号，单台发电能力达到160万千瓦级，并且采用了4列独立安全通道、双壁安全壳等安全设计，被视为“三代”压水堆核电技术。EPR是目前世界上最先进的堆型

之一。

主蒸汽隔离阀在上述堆型中，均位于二回路主蒸汽系统，其功能均是防止主蒸汽管道破裂而造成的安全壳超压及主系统冷却事故，是影响核电站安全性的重要部件；在中广核建设（含在建）的多个电站中，此阀的供应商为同一公司，故此阀门的设计理念和基本构造大致相同；但由于CPR和EPR电站在安全要求、系统设计等方面的差异，主蒸汽隔离阀在控制系统、结构尺寸、材料等方面存在一些区别。

1 同异性分析

1.1 工作环境和动作时间要求

表1 主蒸汽隔离阀在CPR和EPR中的运行工况和基本要求

项目 CPR EPR

最大运行温度（℃） 316 311

最大运行压力（MPa） 8.5 9.9

快关时间（s） ≤5

慢开时间（min）

慢关时间（min）

从表1可以发现，运行工况和动作时间要求基本一致。

1.2 驱动装置及控制系统

CPR和EPR主蒸汽隔离阀所使用的驱动装置均为Edward牌A系列气液联动驱动装置：通过控制液压油，配合氮气罐（“永不失效的弹簧”），实现操作阀门常开、快关、慢关等动作；基本组成部分为氮气-液压油罐、液压油泵和液压油罐、泵侧控制组件、非泵侧控制组件等。但是在以下方面，存在较大差异：

1.2.1 控制逻辑的电磁阀数量不同。

1.2.2 CPR和EPR的主蒸汽隔离阀控制系统中均有泵侧和非泵侧两套控制组件，互为安全冗余，但CPR每套控制组件中有2个液压电磁阀（控制慢关或试验90%开的电磁阀和控制快关的电磁阀），与分配器一起作用，控制“常开”、“慢关或试验90%开”或保证安全功能的“快关”的动作；而EPR每套控制组件中还额外有一个液压电磁阀，共计3个电磁阀（控制慢关或试验90%开的电磁阀和2个控制快关的电磁阀，增加了一个安全功能的冗余电磁阀），与分配器一起作用，控制上述三个动作。安全相关的电磁阀（CPR每侧1个，EPR每侧2个）鉴定和安全功能不同。

CPR上安全相关的电磁阀为“给电关”，而EPR为“失电关”。CPR中，需要用安全备用电源，使控制快关的电磁阀通电，从而驱使分配器联通油路，油从分配器所在管路排出，氮气罐作用，阀门快关，实现安全功能。EPR中，2个控制快关的电磁阀必须同时失电，才能使得分配器联通油路，使得氮气罐作用，从而阀门快关，最终实现安全功能；因2个控制快关的电磁阀在正常工况下始终处于通电情况，为了避免误动作，造成阀门意外关闭，进而对机组运行产生重大影响，因此2个控制快关的电磁阀互为冗余，即使其中一个电磁阀失电，分配器也不会动作，阀门不会误动作。

所以与EPR的逻辑控制相比，CPR具有以下优势：为了防止失电导致阀门无法动作，CPR需要两路备用电源作为安全冗余，一旦电磁阀失去外部电源，则备用电源投用，而EPR无需此备用电源，使得阀门在失电的事故工况下更加可靠。

1.2.3 液压驱动装置不同。CPR液压驱动回路上的油泵为气动泵，而EPR的油泵为电动泵。油泵是向氮气-液压油罐中注入液压油的动力源，在主蒸汽隔离阀的上游技术规范中，明确了不同的要求，即CPR要求为气动泵而EPR要求为电动泵。造成这种要求不同的主要原因是因为EPR弱化了SAR（Instrument Compressed Air Distribution）系统的作用，故明确要求电动泵。对于主蒸汽隔离阀的安全功能没有影响。

2 结构及尺寸

2.1 整体结构及尺寸

主蒸汽隔离阀的整体结构在CPR和EPR中基本相似，均由上部控制、驱动结构和下部机械部分组成；且机械部分为基本几何相似的带有阀盖自密封功能的双闸板楔形闸阀。

在整体尺寸方面，主蒸汽隔离阀在CPR中为DN800，EPR中为DN750；但CPR的实际总体尺寸却小于EPR：CPR的主蒸汽隔离阀为32×24×32（分别为入口接管尺寸、喉径、出口接管尺寸，单位均为in，下同），EPR为32×26×32（单位为in）。可以看出，接管直径均为32in，约812mm，但在CPR中喉径为24in，约609mm，Cv值为19440；而EPR中喉径扩大为26in，约660mm，Cv值为38000。CPR中，由于喉径偏小，直接导致蒸汽在流动过程中产生较大的震动与噪音；为了改善这种现象，EPR喉径增加为26in，根据计算，蒸汽流速为73.2m/s时，压降为0.19bar（对应Cv=38000），噪音约为79dB（A）。

EPR在减低了主蒸汽管线的振动和噪音的同时，喉径的增大导致闸阀的整体尺寸随之增大，铸造难度、铸造周期和铸造成本均大幅增加。

2.2 驱动装置

驱动装置均为Edward牌A系列驱动装置。但是由于上述的EPR中阀体增大原因，所以在EPR中选择了摩擦系数更大的型号。

2.3 其他结构

CPR和EPR主蒸汽隔离阀的其他机械部分结构基本相同或几何相似，部分部件因EPR阀体较大而较大，如阀盖。但存在如下两个区别：

2.3.1 闸板。CPR和EPR的闸板虽然均为楔式双闸板结构，但是CPR的双闸板之间未设置弹簧，而在EPR的双闸板之间设置了弹簧。这样设计的优点在于优化了闸板与阀体导槽之间的配合，一定程度上减小了双闸板在蒸汽流动作用下的震动。

2.3.2 阀盖自密封结构。CPR和EPR的阀盖密封处均采用了自密封结构，以确保不会在阀盖处发生蒸汽外漏事故，但CPR中采用了硬密封的方式（镀银的碳钢密封垫圈与阀体表面堆焊材料）；在EPR中采用了软密封的方式（石墨复合垫圈与阀体表面堆焊材料）。

二者各有优点，硬密封寿命长，且目前各CPR项目的主蒸汽隔离阀阀盖密封均采用硬密封，有利于备件采购和备件管理，但其造价高，一旦由于拆卸不当等原因造成阀体密封面出现划伤，则需更换密封圈，并对其在线堆焊、打磨，甚至可能要求从管线上整体拆下阀门，实际处理具有很大难度。软密封的优点在于密封性能更好，且更换容易，对阀体硬质合金伤害较小。缺点在于每次拆解后垫圈不可再次使用。

3 设计标准及阀体材料

由于主蒸汽隔离阀是保证电站安全的重要设备之一，作为安全壳隔离的延伸，所以设计、制造标准高，但是在采购过程中，受合格的阀体分包商数量的严重限制，存在交付超期和造价高的问题，所以制定符合电站要求的主蒸汽隔离阀设计标准和阀体材料选择成为了核心问题。说明了各个项目中主蒸汽隔离阀的设计标准和阀体材料选择的差异（见表2）。

从表2可以看出，在岭澳二期之后的CPR电站中，在对主蒸汽隔离阀的技术特点进行了详细的分析和研判，结合进度、造价、合同管理等因素后，最终确定了ASME+特殊RCCM要求的方案，不仅满足了电站设计要求，还优化了进度、降低了成本，且为后续国产化做了铺垫。而EPR项目对质量体系进行了升级，故设计方要求主蒸汽隔离阀按照最高标准的RCCM一级进行设计制造。

4 建议及结语

对于后续工程，有如下建议：设计人员、采购人员、合同管理人员、现场安装调试人员都应进一步加强对于主蒸汽隔离阀的深刻认知，有利于更好地平衡设计要求与进度、造价之间的关系，也有利于规范在安装、调试期间对主蒸汽隔离阀的操作。

鼓励国内有实力的供应商加快对主蒸汽隔离阀的研发，争取尽快实现国产化。通过对CPR和EPR中主蒸汽隔离阀的对比，了解其共同点和差异性，有利于加强对主蒸汽隔离阀本身以及CPR、EPR堆型的认识。

作者简介：张浩然（1986—），男，中广核工程有限公司助理工程师，研究方向：阀门合同管理；宋辉（1978—），男，中广核工程有限公司工程师，研究方向：阀门合同管理；程磊（1983—），男，中广核工程有限公司工程师，研究方向：阀门合同管理。