1 概述
    隨著新能源技術的快速發展，核能作為清潔能源已得到世界各國的公認，并爭相發展。我國出臺的有關能源規劃表明，從2010~2020年，中國將新建核電站31座，核電裝機容量達到4000萬kW，核電比重由現在的1.69%提升到4%。這也標志著核電將在中國未來的電力發展中扮演更重要的角色。閥門是核電裝置中的安全附件之一，其作為流體介質管路傳輸中的重要控制設備，功能性是否滿足要求直接關系到整個核設施的安全。本文以用于中國實驗快堆（CEFR）的核安全2級鈉截止閥（DN40-T形、DN40-Z形）和止回閥（DN40-T形）為例，介紹該產品壽命試驗和抗地震試驗的方法。
    2 參照標準
    CEFR的核安全2級鈉截止閥（DN40-T形、DN40-Z形）和止回閥（DN40-T形）在制造過程中遵循的主要標準和規范如下。
    ASME BPV-Ⅲ-1-95ND級設備
    ASME BPV-Ⅱ-95材料技術條件
    ASME BPV-Ⅴ-95無損檢驗
    HAF 0902-95民用核承壓設備無損檢驗人員培訓、考核和取證管理辦法
    GB 9115.1-GB9115.26-88對焊鋼制管法蘭
    GB 12221-2005金屬閥門結構長度
    3 試驗
    3.1壽命試驗
    核級閥門設計使用壽命為40年。閥門按EJ/T 1022.11標準進行了機械磨損、熱老化和輻照老化等相關試驗。
    （1）機械磨損試驗
    機械磨損試驗是驅動裝置加載情況下（相當于與閥門連接帶動閥門開或關時所受到的力），經2000次循環動作試驗。試驗后，驅動裝置應運轉正常。
    （2）熱老化試驗
    熱老化試驗是試驗過程中，驅動裝置經過2000次連續循環操作，并在加載情況下進行。驅動裝置置于干燥空氣中加熱至135℃，試驗950h。
    （3）輻照老化試驗
    輻照老化試驗前，驅動裝置在加載情況下，完成所要求的機械磨損老化試驗操作循環次數的5%。輻照試驗在干空氣中進行，溫度為70±3℃，γ射線累計輻照劑量為250kGy。輻照試驗前，閥門應轉動靈活、密封性能符合要求。輻照試驗后再重復進行動作試驗和密封試驗等，其結果應和輻照前保持一致。
    3.2 抗地震試驗
    抗地震試驗是為滿足核電站閥門設備的需要，按照IEEE 344、GB 136255核電廠安全系統電氣設備抗震鑒定6和HAFJ 0053《核設備抗震鑒定試驗指南》的要求進行。抗震試驗的項目有測試閥門的自震頻率與阻尼比、五次OBE地震反應考核試驗、一次SSE地震反應考核試驗和性能試驗。
    模擬地震振動臺的震動方向為X、Y、Z三方向六自由度，最大加速度為X方向=±4.0g、Y方向=±2.0g、Z方向=±4.0g。頻率范圍為0.1～100Hz。
    試驗時，樣機閥門安裝在剛性底座上（圖1），剛性底座與振動臺面之間采用螺母固定。與閥門垂直方向為振動臺激勵的X方向，與此垂直的方向為Y方向，豎向為Z方向。

圖1 Z形鈉截止閥安裝在地震試驗臺上

    （1）動態特性探查試驗
    閥門進出口方向（Y向）的固有頻率為24.42Hz，在垂直于進出口方向（X）的固有頻率為13.66Hz，在垂向（Z）的固有頻率74.70Hz。
    （2）OBE地震試驗
    5次OBE試驗中，臺面X、Y、Z方向輸入速度加速度為圖2所示（在此僅以X方向為代表）加速度曲線的0.65倍，其中任意兩條曲線的相關系數均小于0.2，且強震部分大于10s，三方向幅度幅值分別為0.709g、0.741g和0.676g，大于對應的要求譜的零周期加速度0.49g、0.59g、0.52g。圖3給出了X方向加速度輸入的時程反應譜與要求反應譜（試驗設定譜）的包絡情況（OBE的譜值為圖示譜值的0.65倍），臺面加速度的反應譜能完全包絡要求的反應譜。5次OBE試驗測量結果有很好的重復行。

圖2 SSE地震試驗Z方向臺面射程

1.測量值 2.理論值
圖3 SSE地震試驗Z方向臺面加速度時程反應譜對要求譜的包絡

 ♂ 
    第5次OBE試驗中閥體上部法蘭處的加速度響應示于圖2，加速度的最大幅值列于表1中。由圖可見，支撐法蘭處加速度計在閥門開的過程中受電機轉動的影響，曲線上有接近于9s的時間段響應幅值較大。在試驗中第5次OBE試驗中閥體驅動裝置機構上部的加速度時程示于圖4，加速度的最大幅值列于表1中。

表1 OBE和SSE試驗中加速度測量結果

圖4 第5次OEB試驗閥門驅動機構頂部加速度
（上至下分為X，Y，和Z向）

    5次OBE試驗中閥門的最大應力分別為19.8MPa、21.32MPa、21.72MPa、21.41MPa和21.56MPa，出現在閥門的閥體支撐懸臂的根部（應變測點1）。每次OBE試驗中閥門均能在9s內完成開關操作，未發現泄漏。
    （3）SSE地震試驗
    SSE試驗中臺面的X、Y、Z三向地震時程以X向為例如圖2所示，它們的反應譜與各自要求反應譜的包絡情況見圖3，三方向加速度幅值分別為1.09g、1.14g和1.04g，大于對應的要求譜的零周期加速度0.76g、0.91g、0.80g。臺面加速度的反應譜完全包絡要求的反應譜。三方向臺面加速度的功率譜密度（PSD）見圖5，它們均能包絡由對應的要求反應譜計算得到的PSD80%的曲線。閥體驅動機構上部的加速度幅值見表1。閥體支撐懸臂根部最大應力為44.00MPa。

圖5 SSE地震試驗Y方向臺面輸入加速度PSD

    試驗中和試驗后閥門均能在9s內完全開關操作。閥體結構未見損壞。試驗后對閥門在1.2MPa壓力下保壓15min，未見任何泄漏，密封完好。閥門的外觀檢查未見變形損壞。
    （4）試驗結果
    試驗后閥門結構的動態特性Y向的固有頻率為23.68Hz，X向固有頻率13.66Hz，在垂向Z的固有頻率為75.47Hz。
    3.3 其他試驗
    在試驗的質量檢驗工作中進行了材料成分、機械性能，沖擊韌性、焊接、熱處理、無損檢驗、外觀和尺寸等檢驗，及殼體水壓試驗和密封試驗，防腐蝕、清洗和清潔度保持等系列工作。
    4 結語
    CEFR的核安全2級Z形鈉截止閥經過2000次循環動作試驗、老化試驗和輻照試驗符合要求。抗地震考核試驗結果表明，按照中國原子能院提供的樓層反應譜進行的5次OBE地震反應考核試驗和1次SSE地震反應考核試驗，試驗過程中X、Y、Z三方向的臺面加速度反應譜，包絡了試驗要求的反應譜。在所進行的OBE和SSE地震反應考核試驗過程中和試驗結束后，樣機外形結構及外觀沒有裂紋，支耳和驅動裝置轉動正常，配對法蘭及法蘭配件（螺釘、螺母及墊片）沒有松動或脫落等不正常現象。核級閥門（樣機）在設計使用壽命期限內，轉動靈活，密封性能符合要求。對于類型相同，尺寸小于經過抗地震試驗（抗震指標相同）的閥門可以沿用此試驗結果。另外同等類型尺寸一致的閥門，如果已經過抗地震試驗，并且其抗震指標要求低，可進行對照分析，也同樣可借薦使用，以減少經費投入。