1 概述
核電閥門是指在核電站中核島（N1） 、常規島（CI） 和電站輔助設施（BOP）系統中使用的閥門。從安全級別上分為核安全Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和非核級，其中核安全Ⅰ級要求最高。從設計規范等級可分C1級、C2級及C3級。從壓力組可分為Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ組。核電閥門在核電站中是使用數量較多的介質輸送控制設備，是核電站安全運行中必不可少的重要組成部分。
2 閥門設計
2.1 小口徑截止閥
（1）C1級小口徑截止閥
C1級小口徑截止閥的閥體和閥蓋應設計為整體。閥體和閥蓋之間可用密封連接。如無其他特殊規定，焊接應在工廠內完成。閥體和閥蓋采用鍛件、模鍛或軋件焊接結構。截止閥禁止使用鑄鋼。調節閥使用鑄鋼要由用戶同意。
壓力Ⅰ組和Ⅱ組C1級小口徑截止閥閥蓋與閥瓣組成的上密封面表面應堆焊硬質合金。壓力Ⅲ組閥門的非合金鋼閥蓋上密封面應堆焊不銹鋼。如果閥瓣不是整體設計，則其組成部分應采用焊接組裝，以消除通過密封面泄漏的危險。壓力Ⅰ組和Ⅱ組閥門閥座和閥瓣的密封面為表面硬質合金堆焊。壓力Ⅲ組閥門的密封面除必須是表面硬質合金堆焊的氣動截止閥外，其余可以為裸露的不銹鋼。閥座可以焊接成型或焊上一個座圈。調節閥的閥座可以與閥套一體。
C1級小口徑截止閥只允許使用滑動閥桿，但使用轉動閥桿的金屬隔膜閥除外。閥桿應磨光，與填料接觸部分的閥桿直徑公差應小于0.05mm。閥桿的精加工表面應保證不會由于閥桿與填料之間介質泄漏而產生腐蝕或侵蝕。閥瓣與閥桿可以輕微活動以便對中，但不能在閥桿上自由轉動。調節閥的閥瓣應固定在閥桿上。
（2）C2級小口徑截止閥
C2級小口徑截止閥如為隔離閥和手動調節閥其應是整體設計。閥體和閥蓋之間可用密封焊接或螺紋連接。如無其他特殊規定，焊接應在工廠內完成。但是，壓力級10MPa（600Lb）以下的閥門，允許閥蓋用螺栓與帶有防止過度壓緊墊片密封結構的閥體連接在一起。閥體和閥蓋采用鍛造、模鍛或軋件焊接結構。鑄鋼可用于第Ⅲ壓力組。鑄鋼用于Ⅰ、Ⅱ壓力組的調節閥時，必須經用戶同意。
閥蓋與閥瓣組成的上密封面不要求表面堆焊硬質合金。非合金鋼閥蓋的密封面要堆焊不銹鋼。壓力Ⅱ組和Ⅲ組閥門的上密封面可直接設在閥桿上。當閥瓣由多個零件組成時，應采用點焊或機械方法裝配。壓力Ⅰ組和Ⅱ組閥門的閥座和閥瓣密封面為表面堆焊硬質合金。壓力Ⅲ組閥門的密封面除必須是表面堆焊硬質合金的氣動截止閥外，其余的可以為裸露的不銹鋼。閥座可以采用焊接成型或焊上一個座圈。調節閥的閥座可以與閥套一體。
除金屬隔膜閥可采用轉動閥桿外，只允許采用不轉動的閥桿。閥桿表面應無撓度，與填料接觸部分的閥桿直徑公差應小于0.05mm。閥瓣與閥桿可以輕微活動，以便調節對中，但不能在閥桿上自由轉動。
（3）C3級小口徑截止閥
C3級小口徑截止閥的閥體和閥蓋采用凹凸式法蘭連接，法蘭間裝有密封墊片用螺栓緊固。如無特殊規定，也可采用非焊接式的螺栓連接。閥體和閥蓋允許使用鑄鋼制造。壓力Ⅱ組的閥門可以采用閥桿上密封結構。若上密封面在非整體設計的閥門上，則閥門的組合零件應焊為一體。壓力Ⅲ組的閥門不一定要求上密封。壓力Ⅰ組和Ⅱ組閥門的閥座和閥瓣密封表面堆焊硬質合金。壓力Ⅲ組閥門的密封面除必須是表面堆焊硬質合金的氣動截止閥外，其余的可以為裸露的不銹鋼。閥座可以焊接成型或焊上一個座圈。調節閥的閥座可以與閥套一體。
閥桿表面應無撓度，與填料接觸部分的閥桿直徑公差應小于0.05mm。填料函的內表面應精加工。閥瓣與閥桿可以輕微活動以便調節對中，但不能在閥桿上自由轉動。
2.2 閘閥和大口徑截止閥
（1）C1級閥門
C1級閥門的閥體可以采用鍛鋼和鑄鋼。當承壓邊界上的焊縫能用射線照相檢驗時，也可采用鍛焊結構。各壓力組的閘閥、大口徑截止閥和調節閥的閥體和閥蓋采用螺栓和壓力自密封連接。如果有特殊要求，閥體和閥蓋可采用唇式的螺栓密封連接。
閥蓋上密封面應堆焊硬質合金或不銹鋼（最小硬度25HRC） 。用于過熱蒸汽的閥桿上密封面表面應堆焊硬質合金，也可采用13%～17% Cr不銹鋼（最小硬度20HRC）。閥座和閥瓣密封面表面應堆焊硬質合金。
閥桿應無撓度，表面應研磨，其最大表面粗糙度Ra=0.4μm。與填料接觸部分的閥桿直徑公差應小于0.1mm。填料函內表面的最大表面粗糙度Ra=1.6μm。
（2）C2級閥門
C2級閥門的閥體可以采用鍛鋼和鑄鋼制造。當承壓邊界上的焊縫能用射線照相檢驗時，也可采用鍛焊結構。各壓力級閥門閥體與閥蓋的連接采用壓力自密封和帶密封的螺栓連接。壓力級5. 0MPa及其以上級別使用凹凸配合面、全嵌入式墊片。如果有要求，閥體和閥蓋連接應采用凹凸型的墊片、密封唇式和螺栓固定。閥蓋與閥桿上密封面可以表面堆焊硬質合金。非合金鋼閥蓋的密封面應堆焊不銹鋼。
閥桿應無撓度，表面應研磨，與填料接觸部分的閥桿直徑公差應小于0.1mm。填料函內表面的粗糙度Ramax=1.6μm。
密封面的一個表面（閥座或閘板） 堆焊硬質合金。另一個表面在壓力級≥6.8MPa（400Lb） 時堆焊硬質合金，壓力級≤5.0MPa（300Lb）時堆焊不銹鋼。
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（3）C3級閥門
C3級閥門的閥體可以采用鍛鋼、鑄鋼或軋件焊接制造。閥體和閥蓋應采用帶密封的螺栓連接。墊片可以是非嵌入式的。閥蓋與閥桿上密封面可以堆焊硬質合金。壓力級6.8MPa（400Lb） 的閥門密封面應在表面堆焊硬質合金，閘板和閥座的硬度差別較大的壓力級5.0MPa（300Lb） 及其以下的閥門密封面應堆焊不銹鋼。
閥桿應無撓度，表面應研磨，與填料接觸部分的閥桿直徑公差應小于0.1mm，表面粗糙度Ramax=0.8μm。填料函表面粗糙度Ramax=1.6μm。
2.3 止回閥
一般情況，小口徑截止閥、大口徑截止閥和閘閥對閥體和閥蓋及其之間連接的規定也分別適用于升降式止回閥和旋啟式止回閥。（1）小口徑升降式止回閥小口徑升降式止回閥閥桿起導向作用的部分應有足夠的長度以便閥瓣無阻礙的自由運動。導向機構應有平衡孔，以免產生活塞效應。
C1類升降式止回閥的閥瓣和閥座密封面應堆焊硬質合金。禁止使用錐形座及錐形對環形座。C2類升降式止回閥壓力Ⅰ和Ⅱ組閥門的密封面應有一個面堆焊硬質合金。根據運行條件，非核規范級閥門可用合成橡膠閥座作另一個密封面。壓力Ⅲ組閥門不要求表面硬質合金堆焊。合成橡膠閥座可用作一個密封面。如果為分離式的可以焊接。
（2） 旋啟式止回閥
旋啟式止回閥各壓力組的C1和C2級閥門及壓力Ⅱ組的C3級閥門的閥座和閥瓣表面應堆焊硬質合金。壓力Ⅲ組的C3類閥門的密封面應堆焊不銹鋼或堆焊硬質合金。無論閥內有無介質，閥瓣應能靠自重回到關閉位置。可能的話，在全開位置時，閥瓣應浸入閥內的介質中。閥瓣與搖桿連接機構應有足夠的擺動空間，以保證閥瓣準確回座。閥瓣相對搖桿不能轉動。核規范級閥門的搖桿銷軸不允許穿透閥體。如果閥座為分離式的，可以焊接。
2.4 球閥
一般情況下，球閥應設計成直通式，即閥口不小于所接管橫截面80%.大型球體應在上下部導向，禁止使用潤滑劑。閥體可采用鑄鋼、鍛鋼、軋制或鍛制的型材。閥桿應插入球體內，并設有安全裝置，防止球與閥桿相對轉動。閥桿應與閥體中的導向襯套對中。閥桿起密封作用的表面應研磨，C1和C2級閥門Ramax=0.4μm，C3類閥門Ramax=0.8μm。閥桿密封應采用O形圈。球面表面粗糙度Ramax=0.4μm。閥座應采用合成橡膠。球體的運動應由兩個限位裝置，一個用于全開位置，另一個用于關閉位置。
3 通用設計
3.1 閥門開關
閥門應滿足每天最少4次開關循環，并能承受1500次開關循環，除因潤滑、填料的重新壓緊、填料異常損壞時的更換和必要時螺栓件重新緊固等原因的計劃維護外，閥門應至少連續工作10年。承壓殼體部件要求設計壽命為40年。
3.2 操作壓差
除設備技術規格書中另有規定外，工作溫度為室溫的非合金鋼和奧氏體不銹鋼制閥門及工作溫度為400℃下的鉻合金鋼閥門，其操作壓差（△P） 應等于最大許用工作壓力。
3.3 手動傳動裝置
手動閥門的傳動裝置應能在壓差等于操作壓差△P時開關閥門，在全行程中手輪的總操作力不應大于300N，在行程的起止時不大于600N。允許采用減速裝置。不論是否采用減速裝置，在手動傳動裝置的切向操作力等于900N時，閥門不應產生永久變形。截止閥的密封面不應有損傷。
氣動閥的備用手動傳動裝置手輪的總操作力在全行程中不應大于300N，行程起止時不大于600N。
電動閥的備用手動傳動裝置應符合《壓水堆核電廠閥門電動裝置》的規定。
3.4 壓降系數
當閥門全開時，閘閥和球閥的壓降系數（L/D）應＜13，截止閥和三通閥的壓降系數應＜140，旋啟式止回閥和隔膜閥的壓降系數應＜135，調節閥和升降式止回閥的壓降系數應＜340。
3.5 閥門與管道連接
除另有規定外，閥門與管道連接可采用焊接型、法蘭型和螺紋型。
（1）焊接型
承插焊用于≤DN25（1in.）的閥門與管道的連接。對接焊用于≥DN25 的閥門與管道的連接。
（2）法蘭型
法蘭應符合ASMEB16.5《管路法蘭和法蘭管件》的規定。在輸送放射性介質的回路上用法蘭連接的同時還可能包括密封焊（例如密封唇焊） 。
（3）螺紋型
非儀表用氣的壓縮空氣系統可采用螺紋連接。
3.6 閥桿和填料
除另有規定外，閥桿的螺紋部分不應與輸送流體接觸，閥桿與閥桿螺母組件應能自鎖。閥桿與填料配合應耐各種腐蝕。填料應滿足Q/BU.J1502－93的要求。填料應采用石墨和膨脹石墨制成的圓環成型填料。
3.7 硬質合金面堆焊
盡量避免在含12%～17% Cr的不銹鋼上堆焊鈷基硬質合金。核規范級閥門應符合《核島機械設備設計建造規則》中S8000《碳鋼、低合金鋼或合金鋼上的耐磨堆焊》的規定。
3.8 驅動裝置
手輪按順時針方向旋轉時閥門關閉，手輪上應用箭頭標出方向及“開”和“關”的字樣。
（1）手動裝置
手動閘閥的設計應允許換裝電動驅動機構。對于旋轉90°的操作裝置，手柄長度與閥門尺寸有關。在開啟位置，手柄與介質流動方向相同。為減少失誤，手柄應裝有防止誤操作的裝置，以保證其手柄只固定在同一位置上。
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（2）電動裝置
在手動和電動都可操作的工況下，應優先使用電動。手輪應從驅動機構中自動脫開。閥桿螺母不應與電動驅動機構一體。應不從閥桿上拆卸螺母就能拆卸電動驅動機構。備用手動操作裝置，當設有減速比大于10的齒輪減速裝置時，應裝轉矩開關動作目視指示器。 電動執行機構還應滿足EJ/T1022. 11規范，閥門與執行機構的連接應自鎖，電機必須防水防塵（防護等級IP55） ，絕緣性能應與運行工況相適應。轉矩開關的操作方式應允許兩個轉向的驅動。轉矩開關應是測力計型，并能保證超載時跳閘。截止閥和隔膜閥等必須保證連續可靠的閥瓣密封力。
平行式閘閥和球閥在正常的關閉過程中，當閥瓣到達指定位置時電動執行機構由限位開關止動。轉矩開關只有在限位開關失靈或操作事故發生時才使用。全開由限位開關操作。轉矩開關作為備用。楔式閘閥、平行式雙閘板閘閥和截止閥在正常關閉過程中，電動執行機構帶動閥瓣運動由轉矩開關止動，限位開關可作為位置探測器動作。全開由限位開關操作，轉矩開關作為備用。
（3） 氣動裝置
氣動閥門應有手動操作裝置作為備用（有其他規定除外） 。設計應使操作裝置的拆卸過程保證介質不向外界泄漏。除非特別指明，所有氣動閥門均應設置備用的手動操作機構，而且應具備開啟和關閉位置指示、中間位置指示（如果有要求） 、可鎖緊在中間位置（如果有要求） 和易于拆卸。
對于調節閥，制造廠應準備執行機構尺寸報告，其中的所有參數都須經過核實與認可。執行機構上部外殼應可拆卸。 儀表用壓縮空氣分配系統（SAR） 的壓力見閥門采購要求及清單。執行機構應能在閥門清單規定的運行工況下，在氣源壓力范圍內能執行其功能。當閥門承壓時，執行機構應能拆卸。通常，除了帶有填料壓緊裝置的調節閥外，執行機構都應在不影響閥桿密封性的前提下設計成可拆型。
執行機構應具備儲存能量的特性，使閥門在失去氣源或電源的情況下能夠回復到故障－安全位置 開或關） ，故障－ 安全位置由閥門采購要求及清單確定。本系統應使閥門在最大壓差及特殊環境條件下，能夠保持在故障－安全位置。
3.9 位置指示器
所有閥門應設有清晰的開和關位置指示標記。所有電動閥門應裝設閥瓣位置目視指示器。對于平行式閘閥，閥門回座應在關位置。閥桿限位開關應有指示和控制功能的電觸點。電動閥門限位開關的要求應符合《壓水堆核電廠閥門電動裝置》的規定。
3.10 填料函引漏
為保證核規范級閥門閥桿處的密封性，應采用雙填料中間引漏環和引漏接管的結構（有特殊規定除外）。引漏管應為10cm長，21.3mm×2.77mm的平直管。
3.11 其他裝置
除電動閥門外，所有的隔離閥都應有鎖定裝置，以便閥門能鎖定在開或關的位置。
楔式閘閥應設計防止閥桿在閥體內轉動裝置，以免損傷密封面。
在承壓邊界內的螺栓要設計機械鎖緊裝置。
3.12 閥門零部件材料
如果閥體是不銹鋼，則與輸送介質接觸的其余部件也應采用不銹鋼。
3.13 互換性
同類型閥門的所有相同零件應可彼此互換。
3.14 搬運
重量大于30kg的閥門應有吊耳，或在圖中指明搬運時起吊位置。
4 結語
根據核電閥門運行的實際工況，核電閥門其技術特點和要求比火力發電和水力發電閥門嚴格。核電閥門的技術要求及制造工藝除按照常規閥門的技術要求外，還要進行有限元分析和抗震計算分析，一次薄膜應力的極限計算、一次薄膜應力+彎曲應力的極限計算、與回路啟－ 停循環有關的一次加二次應力變化幅度的極限計算和填料函防泄漏結構設計等，還要著重考慮介質中雜質的污染、環境溫度、運行溫度、環境濕度、放射性、直流電源及電壓波動、有關地震和振動條件下穩定性的技術要求及安全等級等等。
