01 概述

      核級高溫高調節性能電動三通控制閥用于三代核電機組中化學和容積控制系統（RCV），用來對上充流和穩壓器輔助噴淋流量進行分配。當機組正常運行時，穩壓器輔助噴淋不投用，電動三通控制閥全開向RCP 側。當穩壓器輔助噴淋投用時，電動三通控制閥實現輔助噴淋功能。根據安注系統的事故后運行工況，某核電機組對部分閥門增加了固體顆粒鑒定試驗要求。固體顆粒試驗主要用于驗證在事故工況或嚴重事故工況期間，在含固體顆粒介質的條件下，閥門的密封性能、可操作性能和流通能力的變化。為實現核電站閥門固體顆粒鑒定試驗的要求，設計了含固體顆粒介質的閥門試驗裝置，并對規定的試驗回路系統進行了優化。1

      02 試驗裝置

      2.1 試驗回路規定

      某三代機組給出的試驗回路如圖1 所示，閥門在含顆粒水條件下需要具有開啟、關閉、保持開啟、保持關閉、調節及密封性能。

圖1  推薦試驗回路

      2.2 試驗回路優化設計

      為實現閥門固體顆粒鑒定試驗的要求，在滿足設計規范的前提下，對試驗回路進行了優化設計。

      試驗裝置包括水循環系統、水池攪拌系統、流量控制系統、數據測量及采集系統、去離子水制備系統等，試驗流程如圖2所示。

      根據試驗介質為水的閥門阻力試驗標準和上游技術要求[1-4]，試驗回路上、下游管徑應與試驗閥門通徑保持一致，管段長度應保證L1和L3逸10D，L2

      和L4逸2D。

      2.3 試驗回路電氣控制

      固體顆粒試驗電氣控制系統實現了設備控制、人機交互、信息反饋、數據處理。控制過程采用工業總線形式，現場的控制設備（電磁開關閥，調節閥，

      水泵等）以及其他的測量點（溫度，壓力等）用信號線的形式連接到DCS的卡件，再由以太網傳輸至上位機控制（圖3）。控制整個試驗系統的設備運行，包括閥門的開、關或閥門的調節，加熱器攪拌器的啟停等，同時也在不斷地采集現場的實時參數，如電流、流量、溫度、壓力、水位等，實現LCD上的操作，現場設備自動運行。

      試驗裝置DCS 可以實時記錄所需工藝參數和計算流量系數。只需在控制室內即可操作試驗過程。設置了DCS專用接地樁，提升了系統的抗干擾性，系統運行更加穩定可靠。

      試驗期間，需測量閥門驅動裝置的電壓、電流和功率，驅動裝置在開、關位置時限位開關的狀態，驅動裝置力矩開關的狀態，其中閥門行程、閥瓣的位置（閥門行程）應能連續地測量。本次參與試驗的閥門為調節閥，其控制信號為4~20 mA.DC，動力電源為380 V/AC。

      2.4 試驗設備

      （1）攪拌器

      為了實現水中顆粒混合的均勻，避免顆粒沉淀，試驗回路需要配有攪拌器。在試驗開啟前，顆粒和水的混合應處于穩定狀態。

      （2）泵和試驗管道

      試驗回路的泵應能提供足夠的壓力和流量范圍。試驗時，通過回路的流量可保持恒定。當停泵時，試驗回路應能隔離管道內的流體。在試驗期間，試驗回路應能隔離試驗閥門。在試驗閥門被隔離時，通過旁路管道可保持流體的流動。試驗閥門上、下游隔離閥應具有足夠的密封性，以保證不會影響試驗閥門泄漏量的測量。上、下游隔離閥、取樣管嘴與試驗閥門的距離應符合EN1267 的要求。

      （3）取樣管嘴

      試驗期間，可通過試驗回路的管嘴進行試驗水的取樣，取樣管嘴設在管道的側方，防止顆粒在取樣系統內的沉積。根據標準規定，取樣管嘴應設計在管道上方，但在實際的調試中，發現上方取樣，容易取到氣泡，不利于實際的取樣工況，因此在本固體顆粒系統設計中，取樣位置設計在正側方。取樣管嘴設計尺寸按標準的規定。

      03 試驗過程

      3.1 試驗前檢查

      在含顆粒水試驗前應進行全面的目視檢查，應檢查試驗閥門與設備標識文件的一致性，應檢查驅動裝置的力矩開、關的設置。以確保所有零部件正確組裝、裝配件的適當調校、試驗儀器的校正、緊固件的安全性、動力供給的充足性。

      3.1.1 閥門Cv測量

      在潔凈水條件下，將試驗閥門的行程調整在相應的行程點（10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%行程）測量流量值，每一行程均應進行5次測量，并分別求得流量系數。測量閥門要求可調的最小流量系數Cvmin對應的開度Lmin，以及閥門要求可調的最大流量系數Cvmax對應的開度Lmax。

      3.1.2 閥門可操作性試驗

      在試驗回路上進行閥門的開啟和關閉試驗，以檢查閥門的可操作性。試驗采用潔凈水，進行2 次開啟—關閉循環操作，并記錄驅動裝置的相關參數，如電壓、電流、功率、限位開關狀態、力矩開關狀態及其閥桿受力狀態。

      3.1.3 閥座水密封試驗

      在閥門含顆粒介質試驗前，應進行閥座水密封試驗，試驗使用常溫潔凈水，試驗壓差為0.4 MPa，保壓時間為穩定后10 min，試驗過程中記錄泄漏量。

      3.2 固體顆粒試驗

      3.2.1 顆粒濃度

      試驗中固體雜質顆粒源取自地坑濾網下游的雜質，根據試驗和分析得到固體顆粒濃度要求，固體顆粒雜質濃度如表1所示。

      3.2.2 試驗階段

      不同類型的顆粒應用不同的容器存放。試驗開始時，啟動泵和攪拌器，將顆粒介質放入混合箱中混合均勻。在混合過程中，應隔離待試驗的閥門，以保證初始流經閥門的為潔凈水。為了分析調節閥的模擬事故工況，試驗分為2個階段（圖4）。

      （1）第1 階段（t=0~24 h）保持閥門全開24 h，流量為Qfull opening。

      （2）第2 階段（t=24~42 h）閥門開度調至Lmin，使流經閥門的流量為Qlow并保持3 h。然后，將閥門開度調至Lmax，使流經閥門的流量為Qhigh并保持3 h。循環操作3次。

      3.2.3 驗收準則

      閥門在整個試驗期間應能保持其可操作性。閥門在第1 階段不發生堵塞（Cv值不低于實測全行程Cv值的90%）。在第2 階段，閥門開度調至Lmin 時測得的Cv 值不低于要求可調的最小流量系數Cvmin的90%。閥門開度調至Lmax 時測得的Cv 值不低于要求可調的最大流量系數Cvmax的90%。

      3.2.4 測試過程

      在t=42 h 時，在含顆粒水條件下進行閥門Cv特性測量，從關閉位置按10%行程增量逐漸開啟閥門至全開（100%行程），接著從全開位置按10%行程減量逐漸關閉閥門至全關。然后，應按順序進行測量和檢查。

      （1）在試驗回路上進行含顆粒水的閥座水密封

      試驗，試驗壓差為0.4 MPa，時間至少為10 min。

      （2）對閥門進行解體并目視檢查（包括閥座、閥

      瓣和波紋管等），檢查是否有非正常痕跡。解體時應

      對顆粒聚集區進行識別和拍攝（用于評價）。

      （3）清潔試驗閥門（僅清潔，不維修）。

      （4）在潔凈水條件下進行閥座密封試驗。

      04 試驗數據

      試驗裝置研制后，對3 臺調節閥進行了試驗。從裝置的測試數據分析，其試驗過程具有重復性。以第2 次試驗閥門（電動三通控制閥）為例，口徑為DN80，單座式結構，試驗數據見表2。在顆粒水介質與潔凈水介質下，閥門測試數據的變化較小。閥門在關閉狀態下的泄漏量約為200 mL/min。

      對照第3 次閥門（電動控制閥）試驗數據，口徑為DN80，籠式多層次結構，試驗數據見表3。試驗流程與第2 次試驗的流程一致。從其試驗結果可以看出顆粒水介質對于閥門的影響較大，這與閥瓣多層小孔結構相關。

      流程與第2 次試驗的流程一致。從其試驗結果可以看出顆粒水介質對于閥門的影響較大，這與閥瓣多層小孔結構相關。

      05 結語

      核電站調節閥含固體顆粒介質試驗裝置的設計屬于開創性工作。試驗過程為分段測量，測試精度高，適用性廣，能滿足多口徑閥門的測試需求。裝置設計了回流調節管道，在功能不變的情況下簡化了系統，性價比高。試驗操作實現了遠程控制，自動采集測量數據并完成閥門相關參數計算，方便、安全、自動化程度高，提高了效率，減輕了試驗過程的工作量。試驗結果證明了多級小孔式調節閥在小開度下固體顆粒雜質對閥門流量特性的影響，相關試驗數據對于固體顆粒雜質條件下調節閥的選型及設計具有指導意義。