华龙一号后续机型稳压器安全阀改进分析研究

韩 冰 王保平 李耀武

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都610041）

0 概述

稳压器安全阀是反应堆冷却剂系统的超压保护设备，当系统发生异常状况，压力上升到稳压器安全阀的开启压力整定值时，稳压器安全阀自动开启，排放稳压器上部蒸汽，以使系统卸压，从而对反应堆冷却剂系统的管道和设备起到安全保护的作用。

目前，华龙一号核电机组的设计寿命为60年，反应堆冷却剂系统主设备的设计寿命均为60年，而稳压器安全阀的设计寿命为40年，与电厂的设计寿命不匹配。此外，反应堆堆芯功率提升是华龙一号后续机型研发的一项重要改进，堆芯功率的提升会导致稳压器安全阀的排量增加。因此，有必要对稳压器安全阀在华龙后续工程中的设计提出改进分析。

本文针对稳压器安全阀在华龙后续工程中的设计改进进行了分析和研究。

1 华龙一号稳压器安全阀

1.1 设备描述

华龙一号稳压器安全阀采用先导式安全阀，每台稳压器安全阀包括一台主阀和两台先导阀。其中主阀由串联布置的一台保护阀和一台隔离阀组成，保护阀为反应堆提供超压保护，隔离阀在保护阀失效时提供隔离功能。保护阀和隔离阀由先导阀控制驱动，先导阀可通过电信号或稳压器内的液压进行驱动。保护阀和隔离阀配备位置指示器，用以指示阀位信息。

图1 稳压器安全阀结构图

1.2 设计要求

华龙一号稳压器安全阀设计要求如下：

-安全等级：1

-规范等级：1

-抗震等级：1A

-质保等级：QA1

-电气鉴定等级：K1

-设计压力：17.23 MPa.a

-设计温度：360℃

-工作介质：带放射性、含硼的饱和蒸汽

-整定压力：

开启：保护阀17.2 MPa.a

隔离阀14.6 MPa.a

关闭：保护阀16.6 MPa.a

隔离阀13.9 MPa.a

-排量：175～194 t/h

-开启/关闭时间：0.65 s

-设计寿命：40年

1.3 鉴定结果

由于华龙一号核电机组是全新设计，此前国内外供货商均不能提供满足华龙一号设计要求的稳压器安全阀，因此对该项目的稳压器安全阀进行了重新鉴定。鉴定流程见图2。

经过鉴定，该稳压器安全阀满足设计要求，目前已在华龙一号全球首堆成功运行。

图2 华龙一号稳压器安全阀鉴定流程

2 华龙一号后续机型稳压器安全阀

2.1 设计要求

华龙一号后续机型稳压器安全阀的设计要求与华龙一号稳压器安全阀对比见表1，由表1可知变化为排量、开启/关闭时间和设计寿命。

2.2 改进实施措施

2.2.1 排量

阀门排量的提高可通过扩大喉径和增加行程实现。稳压器安全阀喉径和行程见图3和图4。

图3 华龙一号稳压器安全阀喉径

图4 华龙一号稳压器安全阀行程

表1 华龙一号与其后续机型稳压器安全阀设计要求对比

2.2.2 开启/关闭时间

由于阀门行程增加，开启/关闭时间相应也会增加。经过安全分析，新的开启/关闭时间满足系统设计要求。同时通过与供货商的沟通，阀门行程增加导致的开启/关闭时间变化在设计要求范围之内。

2.2.3 设计寿命

延长阀门设计寿命，需要补充阀门疲劳分析和耐久性试验。由于易损件和外置执行机构较易更换，因此本文只考虑承压边界的机械部分。

对于疲劳分析，供货商需针对60年的设计瞬态进行阀门的疲劳分析。

对于耐久性试验，供货商可在华龙一号稳压器安全阀样机上补充进行20年的机械部件耐久性试验。

3 结论

由于稳压器安全阀是保证核电厂安全运行的重要设备之一，应着重考虑该阀门的设计合理性。在华龙一号后续机型设计过程中，针对堆芯功率提升和阀门现有设计寿命不合理的情况，通过本文分析，可采取增加阀门排量和延长阀门设计寿命的措施，提高稳压器安全阀与新机型的匹配度。