核級閥門設計準則

一個性能優良、使用可靠、價格合理的產品，必須在設計階段綜合考慮技術可行性、安全可靠性、經濟合理性，做出優化的設計。設計準則的確立，是優良設計的基礎和依據。

目前，核電閥門在上主要采用ASME第三卷和RCC-M兩大標準設計制造。其中RCC-M是在ASME標準的基礎上，結合法國的設計經驗，特別是法國的材料標準，其中涉及閥門方面的主要章節為 B3500、C3500、D3500，分別對應核 1、2、3 級閥門。

我國核電閥門起步于20世紀50年代，主要采用RCC-M標準，并在此基礎上于20世紀90年代制定了核工業行業標準EJ/T，其中涉及閥門的設計、應 力分析、抗震分析、材料、試驗、驅動裝置諸方面， 可以說是一個比較完整的核電閥門標準體系。由于它 是參照RCC-M標準制定的，在主要方面是一致的， 因此這里將二者綜合起來敘述有關核電站閥門的設計準則。2010年發布實施了 NB/T壓水堆核電廠閥門系列標準，替代了部分EJ/T標準。

(1)核電閥門功能的保證——核閥設計制造規范級

①核級要求核電閥門首先按其安全功能確定相應的核安全等級，對閥門進行恰當的安全分級，能保證閥門的質量與閥門在安全中所起的作用相適應。 在定出閥門核安全等級的基礎上，規定它的設計制造要求，即設計制造規范等級（以下簡稱規范級）、抗 震要求以及質量保證要求。

閥門分為3個規范級和1個NCh級，3個規范級由高到低分別為規范1級、規范2級和規范3級。

核1級：屬于反應堆、反應堆冷卻劑系統壓力邊界內的閥門都為核1級閥門，對于壓水堆核電站其核級閥門的設計參數均為設計壓力17.2MPa;設計溫度 350℃。

核2級：主要在事故工況下執行安全功能。基本 上屬于專設安全設施用核級閥門（包括安全殼隔 離閥）。

核3級：用于反應堆運行支持系統并與反應堆運行關系密切的閥門。

NCh級：非設計制造規范級核電閥門。

規范級的劃分見表26-27。

對于壓力級小于或等于2. OMPa的非核安全級 (NC)的閥門，根據其要求的可靠性分類，詳見表 26-28。

①F級：其故障立即引起反應堆停堆或電廠在很短時間內停運的所有閥門。

②G級：其故障在短時間內引起反應堆停堆或大部分設備停運，或直接引起小部分設備停運的閥門。

③H級：其故障不影響電廠可利用率的閥門。

②抗震要求核電站的設計zui重要的原則是安全*，在任何情況下都應保證人類的安全，這就需 要核電站的設計要在廠址可能發生地震的情況下，保證反應堆的安全，防止放射性介質外漏。在此要求下，將核級閥門都歸入抗震1類要求。

抗震分類的目的是對閥門的設計與評定提出抗震 要求，實際上是為了規定這些閥門在地震載荷下的功能要求。核安全級閥門均為抗震1類，抗震1類閥門根據不同的功能，分為抗震II類閥門和抗震1A類閥 門。II類閥門在極限安全地震動（SL2)作用下，僅 要求保證其壓力邊界的完整性，不提出對變形的限制 要求；1A類適用于能動閥門裝置，除要求保證其壓 力邊界的完整性外，還要求地震時和地震后有滿意的可運行性。NC表示無抗震要求。

質量保證要求是以核安全等級為依據，并考慮到 一些其他因素，如產品的復雜性、成熟程度等而對不同的系統和產品進行分級的。質量保證要求分為Q1、 Q2和Q3三個等級，QNC級閥門不提出質量保證大 綱的要求。

③抗輻照要求反應堆在運行中由于裂變反應產生大量放射性物質，這就要求在系統運行和維修時要盡可能降低放射性對環境的影響及對人體的傷害， 故在核級閥門設計時必須采取有效的措施。

a. 閥門材料選配要采用耐輻照、老化材料；

b. 閥門與介質接觸表面其粗糙度精度要求需不低于6. 3m，以減少放射性介質的附著，降低維修時對人員的傷害；

c. 為防止放射性對環境的污染，閥門在壽期內要求外泄漏為零，內漏在標準允許的范圍內。

④壽命要求在核級閥門設計時要求其閥體、 閥蓋等主要承壓件其壽命與核電廠壽期相同，對于易損件，要求其更換周期應滿足電廠換料周期。目前核電廠的換料周期大多為12個月。對于核1級閥門， 還必須按相關標準的規定進行疲勞分析，以滿足不同 工況下閥門的使用要求。 

(2)強度和剛度準則

在設計上首先應考慮閥門的主要部件能承受持久的或瞬時的壓力和溫度交變下的各種載荷的作用力， 而不應出現明顯的彈塑性變形。除常規的強度計算 夕卜，還應采用有限元應力分析和抗震計算分析等方法 來確保閥門產品的可靠性。

核級閥門通常都工作在惡劣的環境工況中，zui主要是放射性物質，一旦發生泄漏將會危及人類的生命財產安全，對于強度和剛度的設計尤其重要。

首先公稱尺寸不小于DN25的規范級閥門均應進行應力分析，其目的在于閥門在承受各種載荷工況下具有必要的安全裕度，保證壓力邊界的完整性。應 力分析不包括為避免其他失效類型如輻照、侵蝕和腐 蝕等作用下的損壞，也不包括閥門在所有環境下的可運行性。閥門應力分析應考慮閥門在運行時所處的不 同工況和載荷，并且要考慮各類載荷的共同作用，各級使用載荷應按閥門技術規格書的規定，分析要符合 NB/T 20010. 1 或 RCC-M B3500/C3500/D3500 的規定。

其次核安全級閥門均應進行抗震分析。核電廠中動力操作的能動閥門裝置都必須進行抗地震鑒定試驗，以保證閥門在地震時和（或）地震后有滿意的可運行性。

核電站用閥門在進行強度設計時必須滿足設計壓力和設計溫度的要求，主要包括如下內容：

①根據設計溫度和壓力，按照核閥設計制造規 范級確定的設計規范級查找不同規范級規定的溫度壓 力基準，如RCC-MB3500 (規范1級）、C3500 (規 范2級）、NB/T20010.1等，從而確定閥門的公稱壓力級。

②按RCC-M或NB/T規定的zui小壁厚表確定閥 門的zui小壁厚。zui小壁厚應考慮一定的腐蝕裕量。

③按標準規定的形狀規則確定閥門的各部分形 狀，如圓角、轉折、尖點等。

④按核級閥門標準進行應力分析計算，包括一 次薄膜應力、二次薄膜應力、一次薄膜應力+彎曲應力，熱分析、循環載荷、疲勞分析、自振頻率分析、 抗震分析等分析計算。

⑤運用有限元分析軟件進行模擬分析計算。