核電廠中使用的閥門按其對安全的重要性分為核級和非核級2大類。核級閥門不僅要滿足在正常工況下能夠可靠行使功能，保證核電廠正常運(yùn)行，還要滿足在事故工 況（包括設(shè)計基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故）下可靠運(yùn)行，以遏制和緩解核電廠事故發(fā)展。核電廠中一般將履行反應(yīng)性控制、余熱排出、放射性包容及防止或緩解事故等功能 的閥門定義為核級閥門。
從安全分級的角度上可分為安全1級、安全2級和安全3級閥門。鑒于核安全級閥門是核電廠承壓邊界的一部分，其維持著承壓邊界的完整 性，故被列入國家核安全局第一批民用核安全設(shè)備目錄，納入監(jiān)管范圍。從事民用核安全級閥門設(shè)計/制造的單位需取得國家核安全局頒發(fā)的許可證。
2008年1月1日，國務(wù)院《民用核安全設(shè)備監(jiān)督管理條例》（500號令）正式實施，該條例的第十三條明確提出“申請領(lǐng)取民用核安全設(shè)備制造許可證或安裝 許可證的單位，還應(yīng)當(dāng)制作有代表性的模擬件”。
首次以法規(guī)的形式明確了申請民用核安全設(shè)備許可證需制作模擬件的必要性。本文結(jié)合許可證技術(shù)審查的經(jīng)驗反 饋，以核電廠中使用最為廣泛的隔離閥為例，提出了在核級閥門模擬件試制過程中的基本技術(shù)要求。
1 閥門模擬件的選擇基本原則
核級閥門模擬件規(guī)格的選擇一般應(yīng)遵循以下原則：
（1）針對申請的每一類閥門（注：此處的分類是指閥門的小分類，如閘閥、截止閥、球閥等，而不是按大類諸如隔離閥、止回閥等），選擇一個具有代表性的特征參數(shù)進(jìn)行模擬件的制作。
（2）申請同一類別、設(shè)備品種的不同核安全級別的設(shè)備，應(yīng)按照最高級別的申請目標(biāo)產(chǎn)品來選取模擬件。
（3）模擬件制造工藝能夠涵蓋所申請目標(biāo)產(chǎn)品的工藝特點。
（4）模擬件的尺寸選擇應(yīng)該具有代表性，一般應(yīng)選擇所申請目標(biāo)產(chǎn)品最大尺寸且壓力等級最大的閥門作為模擬件進(jìn)行制作。但如果申請單位在所申請目標(biāo)產(chǎn)品的全 范圍內(nèi)都有大量的應(yīng)用于常規(guī)產(chǎn)品的業(yè)績，且業(yè)績良好，則可選擇一個口徑相對較小的（一般建議選中間偏上值）閥門作為模擬件進(jìn)行制作。
（5）結(jié)構(gòu)類似的能動操作閥門可覆蓋手動閥門。因此，閥門模擬件應(yīng)選擇能動操作閥門。
（6）模擬件的制作應(yīng)遵照真實產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，但最終產(chǎn)品不得在實際核電工程中使用。
2 模擬件制作前應(yīng)完成的工作
根據(jù)我國核安全級閥門設(shè)計/制造的現(xiàn)有實際情況，閥門的初步設(shè)計由核電設(shè)計院實施完成，施工設(shè)計由生產(chǎn)廠家完成。根據(jù)國家核安全局有關(guān)設(shè)備監(jiān)管的管理要 求，閥門取證單位應(yīng)該同時取得設(shè)計和制造許可證。因此，申請廠家在完成閥門模擬件的詳細(xì)設(shè)計工作后方可以開始相應(yīng)的制造準(zhǔn)備工作。制造前工作可包括以下幾 個方面：
（1）編制民用核安全設(shè)備設(shè)計/制造質(zhì)量保證大綱及相應(yīng)的大綱程序，并需通過國家核安全局的技術(shù)審查認(rèn)可，具備有效運(yùn)行質(zhì)量保證大綱所必需的軟硬件條件。
（2）按照核質(zhì)量保證體系的要求，完成閥門模擬件的設(shè)計工作，包括完成閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、強(qiáng)度計算書、圖紙及各種技術(shù)條件以及應(yīng)力分析報告等。閥門的承壓 邊界（如閥體、閥蓋等）設(shè)計應(yīng)滿足國家核安全局認(rèn)可的核級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（如ASME-Ⅲ、RCC-M等）中對應(yīng)的規(guī)范等級的要求。
（3）制定完善可行的核安全級閥門模擬件制作工藝。
（4）在模擬件制作工藝的基礎(chǔ)上，針對每個工作節(jié)點編制詳細(xì)的質(zhì)量控制計劃。
（5）參與核安全級閥門模擬件制作的相關(guān)技術(shù)人員必須通過考核、經(jīng)過授權(quán)，確認(rèn)具有完成核級閥門設(shè)計/制造的能力，并完成相應(yīng)的技術(shù)及核安全文化培訓(xùn)工 作。其中無損檢驗人員、焊工應(yīng)當(dāng)已經(jīng)取得了國家核安全局頒發(fā)的核級資格證書，且無損檢驗人員中應(yīng)至少包含兩名Ⅱ級持證人員。
（6）確認(rèn)核安全級閥門模擬件制作所需設(shè)備的工作狀況，所有參與模擬件制作工作的機(jī)械加工設(shè)備、焊接及熱處理設(shè)備、無損檢驗設(shè)備、鑒定試驗及功能性試驗設(shè)備等均應(yīng)處于完好狀態(tài)；需計量檢定的設(shè)備均應(yīng)處于鑒定合格周期內(nèi)。
（7）完成核安全級閥門模擬件制作過程所需要的焊接及熱處理等工藝評定，并編制出適用于閥門模擬件制作所需要的工藝規(guī)程。
（8）完成核安全級閥門模擬件制作所需要的技術(shù)圖紙、工藝流轉(zhuǎn)卡及檢驗試驗規(guī)程等所有工藝文件。
3 模擬件制作過程控制
3.1 原材料采購控制
閥門制造過程中的主要采購物項為閥體、閥蓋、閥瓣、閥桿、各種金屬或非金屬密封件及電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。對這些采購物項應(yīng)按照核質(zhì)量保證體系的要求制定采購計 劃、采購文件等，以便對采購過程進(jìn)行控制。
鑒于閥體、閥蓋等承壓邊界部件以及電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)對保證閥門的安全及運(yùn)行的可靠性具有非常重要的意義，申請單位應(yīng) 選擇到制造廠家現(xiàn)場進(jìn)行見證，確保質(zhì)量。原材料到廠后應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗，包括無損檢驗及理化性能試驗等。
電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)完成相應(yīng)的環(huán)境鑒定及功能性鑒定試驗，供 貨廠家應(yīng)提供相應(yīng)的鑒定報告。針對用于密封的非金屬材料，應(yīng)根據(jù)技術(shù)規(guī)格書的要求完成相應(yīng)（如熱老化及輻照老化等環(huán)境）的鑒定試驗，供貨廠家應(yīng)提供相應(yīng)的 鑒定試驗報告。
對于密封用金屬波紋管，應(yīng)完成泄露試驗、水壓試驗及疲勞試驗。
3.2 制作過程控制
閥門的制作過程一般分為機(jī)械加工、密封面堆焊、熱處理、無損檢驗、裝配等主要工藝環(huán)節(jié)。對于閥門制作的機(jī)械加工、密封面堆焊、熱處理、無損檢驗等過程工 藝，申請單位應(yīng)編制相應(yīng)的工藝規(guī)程。
在閥門制作過程中，相關(guān)工藝環(huán)節(jié)應(yīng)形成相應(yīng)的工藝記錄，對于熱處理和無損檢驗等工藝還需要出具相應(yīng)報告。無損檢驗人 員、焊工和焊接操作工應(yīng)持有國家核安全局頒發(fā)的核級人員資質(zhì)證書。
閥門的裝配應(yīng)有專門的清潔場地，對于清潔場地需要提出清潔度控制的要求。
3.3 成品試驗
閥門模擬件的成品試驗一般包括承壓試驗、密封性試驗和功能性試驗。承壓試驗是指閥體、閥蓋及閥瓣的耐壓試驗，密封性試驗一般包括閥座、密封件及氣動執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的密封性試驗；
功能性試驗是指在室溫條件下進(jìn)行的閥門正常開關(guān)運(yùn)行試驗。試驗前應(yīng)編制試驗大綱及試驗規(guī)程，試驗人員應(yīng)如實記錄并整理試驗結(jié)果。
3.4 功能性鑒定試驗
根據(jù)《民用核安全設(shè)備設(shè)計制造安裝和無損檢驗監(jiān)督管理規(guī)定》（HAF601）第八條的規(guī)定，同時申請民用核安全設(shè)備設(shè)計許可證和制造許可證的單位，應(yīng)在模 擬件的制作過程中完成相應(yīng)的鑒定試驗。因此，對于申請能動閥門設(shè)計/制造許可證的單位，制作完成相應(yīng)的閥門模擬件后，必須完成相應(yīng)的鑒定試驗，并滿足閥門 技術(shù)規(guī)格書及鑒定試驗大綱的要求。早期閥門的鑒定試驗主要依據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會ANSI B16.41《核電廠動力操作能動閥門功能鑒定要求》 （1983）進(jìn)行， 1994年美國機(jī)械工程師學(xué)會 （ASME）編制了ASME QME-1，把核電廠用能動設(shè)備鑒定統(tǒng)一歸入該標(biāo)準(zhǔn)。閥門的鑒定試驗項目應(yīng)考慮閥門的基本使用條件、極限使用條件、隨時間變化面臨的使用條件及事故工況下 等可能對其造成的影響。
結(jié)合我國工業(yè)發(fā)展水平及國內(nèi)外的閥門鑒定的實際情況，閥門模擬件需要按表1 所列的試驗項目和試驗順序完成相關(guān)的鑒定試驗。
表1 閥門模擬件要求的試驗項目及試驗順序
閥門 閘閥 截止閥 球閥 止回閥
壽命試驗應(yīng)按照實際工作狀態(tài)（溫度、壓力）進(jìn)行閥門的運(yùn)行試驗。在早期的ANSI B16.41中對該試驗定義為2000次開關(guān)試驗，其中冷態(tài)進(jìn)行500次，熱態(tài)進(jìn)行1500次。在ASME QME-1《核電廠能動機(jī)械設(shè)備鑒定》2002版中沒有提及閥門壽命試驗的要求，但該標(biāo)準(zhǔn)的2007版對壽命試驗的試驗次數(shù)定義為500次。根據(jù)我國閥門 制造行業(yè)發(fā)展的實際情況，一般要求閥門進(jìn)行2000次開關(guān)的壽命試驗，其中冷態(tài)500次，熱態(tài)1500次。針對不同堆型核電機(jī)組，核電設(shè)計院對部分閥門壽 命試驗提出了更高開關(guān)次數(shù)的要求。
在進(jìn)行冷、熱循環(huán)試驗時，應(yīng)一并對閥門運(yùn)行過程中可能遇到的極限運(yùn)行條件進(jìn)行試驗，以驗證閥門在每一個影響量的額定范圍內(nèi)的主要功能特性。對帶氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門應(yīng)考慮供氣壓力變化及外界環(huán)境壓力變化的影響；對帶電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門應(yīng)考慮電壓變化的影響等。
環(huán)境和老化模擬試驗主要是考慮閥門在實際使用的過程中，由于使用環(huán)境的特殊性可能對閥門老化造成的影響。實際的鑒定過程中應(yīng)考慮熱、濕熱及輻照對閥門中使 用的非金屬材料可能造成的影響以及腐蝕、沖蝕及疲勞老化對閥門中使用的金屬材料可能造成的影響。這些鑒定可以通過實驗手段完成，也可以在已有實驗的基礎(chǔ)上 通過對比分析及獨立的分析完成。開始試驗前，閥門模擬件制作單位應(yīng)編制功能鑒定試驗的試驗大綱，試驗大綱應(yīng)以鑒定技術(shù)規(guī)格書或閥門技術(shù)規(guī)格書中的要求為依 據(jù)。這些功能性鑒定試驗可委托有相應(yīng)能力的鑒定機(jī)構(gòu)完成。
承擔(dān)鑒定試驗的單位應(yīng)在試驗大綱的基礎(chǔ)上完成各項鑒定試驗的規(guī)程，并在實際試驗中嚴(yán)格執(zhí)行各項試驗規(guī)程。
在每一項鑒定試驗完成后，都要對閥門進(jìn)行檢查，確認(rèn)閥門完好后方可進(jìn)行下一項鑒定試驗。
所有的試驗項目應(yīng)在一個閥門模擬件上完成。若某一項試驗無法通過，應(yīng)停止試驗，進(jìn)行原因分析。若是設(shè)計原因，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計變更；按設(shè)計變更重新完成的 閥門應(yīng)重新按順序進(jìn)行鑒定試驗。閥門完成所有的鑒定試驗后應(yīng)進(jìn)行解體檢查，并進(jìn)行一些基本的功能性試驗，以驗證其執(zhí)行正常功能的能力沒有發(fā)生變化。
鑒定試驗的有關(guān)要求可參照ASME QME-1《核電廠能動機(jī)械設(shè)備鑒定》及我國NB/T20036.6《核電廠能動機(jī)械設(shè)備鑒定 第六部分：能動閥門組件的功能鑒定要求》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的要求。所有的鑒定試驗完成后應(yīng)由試驗單位出具正式的鑒定試驗報告。
4 鑒定試驗中存在的問題
根據(jù)以往的閥門取證技術(shù)審查的經(jīng)驗反饋，在模擬件制作過程中一般會產(chǎn)生如下幾方面的問題：
（1）鑒定試驗的項目不能完全覆蓋，缺少部分試驗項目。目前我國鑒定試驗項目比國外一些標(biāo)準(zhǔn)要求的更多一些，試驗費用較高。但是考慮我國目前的閥門工業(yè)水 平，不建議單位在取證模擬件制作過程中刪減一些認(rèn)為不太重要的鑒定試驗。一次性進(jìn)行全面鑒定試驗，可為申請單位在以后核級閥門的設(shè)計制造過程中積累大量真 實可靠的數(shù)據(jù)，也將在以后的核級產(chǎn)品供貨中提供極高的說服力。
（2）試驗的順序不正確。上文中所列的鑒定試驗順序是按照閥門在核電廠中實際使用中可能發(fā)生的事故序列來進(jìn)行的，若因趕進(jìn)度而隨意調(diào)整鑒定試驗順序，即使能夠通過所有鑒定試驗項目，也難以說明該閥門在核電廠中的可用性。
（3）鑒定試驗輸入較低。某些生產(chǎn)單位為了確保模擬件鑒定實驗?zāi)軌蛞淮芜^關(guān)，會采用較低的實驗輸入，如采用較低的輻照劑量、較小的地震水平。這固然會較為容易地通過試驗，但使得鑒定結(jié)果可信度降低，需重復(fù)進(jìn)行試驗，造成資源浪費。
（4）地震靜態(tài)試驗問題。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對一階主頻大于33 Hz的閥門可采用靜力法進(jìn)行抗震試驗。采用靜力法進(jìn)行抗震試驗確實易于通過，但使得鑒定結(jié)果 可信度降低。建議閥門生產(chǎn)廠家在試驗臺允許的情況下（尤其是針對口徑≤100 mm的模擬件）盡可能采用動態(tài)試驗方法進(jìn)行抗震鑒定，以獲取較為完整的閥門抗震試驗數(shù)據(jù)，供后續(xù)核級閥門設(shè)計參考。
（5）抗震試驗的模擬問題。閥門在進(jìn)行抗震試驗時，其工裝應(yīng)盡可能模擬閥門實際安裝情況，如工裝的結(jié)構(gòu)形式、固定方向、閥門與工裝的連接方式等。當(dāng)閥門有 多點進(jìn)行支撐時，應(yīng)在每個支撐點進(jìn)行激勵的輸入，若不能滿足多點輸入的條件時，需選擇典型的主要支撐位置，且該點的激勵輸入值需包絡(luò)閥門所有支撐處的激勵 值。
（6）環(huán)境與老化模擬問題。環(huán)境與老化模擬主要針對填料、墊片以及軟密封閥座等非金屬材料，這些非金屬材料需在供貨前由供貨商或第三方檢驗機(jī)構(gòu)完成熱老 化、濕熱老化以及輻照老化等環(huán)境試驗，閥門整機(jī)的熱態(tài)壽命試驗不能取代非金屬材料的熱老化試驗。某些申請單位在采購非金屬材料時不要求供貨商完成熱老化試 驗，而是在閥門整體裝配完畢后隨同整機(jī)一起進(jìn)行熱態(tài)工況下的動作壽命試驗，進(jìn)而驗證了非金屬材料的熱老化性能。閥門熱態(tài)壽命試驗一般只進(jìn)行1500次，熱 態(tài)壽命試驗的試驗溫度及時間通常不能等效于熱老化試驗的溫度及時間要求，因此不能將非金屬材料的熱老化試驗與閥門整機(jī)的熱態(tài)壽命試驗合二為一。
5 結(jié)束語
本文簡要介紹了核級閥門模擬件制作及鑒定試驗的基本要求，申請核級閥門設(shè)計/制造許可證的單位可在參照本文的基礎(chǔ)上提出模擬件制作方案，并在此基礎(chǔ)上編制 出詳細(xì)的模擬件制作質(zhì)量控制計劃，在模擬件制作過程中加強(qiáng)工藝過程控制，制作出符合國家核安全局管理要求和相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)要求的核級閥門模擬件。
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