核電站耐海水閥門工藝介紹 核電站耐海水手動閥門工藝介紹 核電站耐海水電動閥門工藝介紹

之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹核電站耐海水閥門工藝介紹介紹了低鎳鉻合金鑄鐵+重防腐涂料在核電站耐海水閥門領域的使用情況。基于臺山核電項目CRF 系統蝶閥主體材料采用低鎳鉻合金鑄鐵，對比分析了低鎳鉻合金鑄鐵+ 重防腐涂料、碳鋼襯膠、雙相不銹鋼及銅合金等常用耐海水腐蝕性材料在使用性、工藝性和成本等方面的差異。

1、核電站耐海水閥門工藝介紹概述
海水作為核電站冷卻水源，其優點是取之不竭且溫度隨季節變化較小，但由于受其氯離子含量高等因素的影響，對金屬的腐蝕性較強。與核電站主體配套的CRF、SEN、SRI 及CFI 等系統用DN800 ～DN3 200 大口徑蝶閥，在閥門主體耐海水腐蝕性選材要求上尤其具備典型性。目前，國外產品多采用低合金鑄鐵，并涂覆涂料、襯里以及電化學腐蝕等措施來提高抗腐能力。在國內核電，低鎳鉻合金鑄鐵DN1 600 耐海水閥早被應用秦山一期，在第三代EPR 臺山核電站，低鎳鉻合金鑄鐵( STQNiCr) 再次被應用于CRF 循環水系統DN3 200 口徑的蝶閥。

2、低鎳鉻合金鑄鐵
2.1、化學成分

在秦山核電站的應用上，主要依據核電工況系統的要求并參考國外同類鑄鐵產品的化學成分而確定的。秦山核電站與臺山核電站低鎳鉻合金鑄鐵水閥的Ni、Cr 成分及其化學成分如表1。

表1 低鎳鉻合金鑄鐵水閥用材料化學成分 Wt%

低鎳鉻合金鑄鐵水閥用材料化學成分

隨著國內熔煉、鑄造技術和設備的不斷發展，目前國內低鎳鉻合金鑄鐵的發展也日趨成熟與提高，與低鎳鉻合金鑄鐵發展初期相比，無論從熔煉過程還是鑄造工藝上，S、P 元素的控制量更加精細。其中，元素Re 和Mg 具有脫氣、脫硫和消除其他有害雜質的作用，能改善材料的鑄態組織，而有效調節元素Ni、Cr 含量則可獲得合理的組織與性能。

2.2、力學性能

臺山核電用低鎳鉻合金鑄鐵的力學性能與常規球磨鑄鐵、碳鋼和不銹鋼的對比如表2。表2 力學性能對比力學性能對比由表2 可知，通過在鑄鐵中加入少量合金元素Ni、Cr，使得鑄鐵的力學性能有顯著提高，且與常規的碳鋼、不銹鋼材料力學性能相當。

2.3、合金元素對鑄鐵性能的影響

合金元素對于鑄鐵組織的影響一般發生在兩個階段。一是影響凝固階段中初生奧氏體的生長、共晶轉變方式以及共晶相的形態特點。二是在固態相變階段影響奧氏體轉變速率、轉變方式以及所形成的組織特征。低鎳鉻合金鑄鐵中，Ni 是促進石墨化元素，Cr 是反石墨化元素，即碳化物形成元素。鑄鐵中Ni 和Cr 的同時加入，顯著影響鑄鐵的固態相變過程。

元素Ni 能以任何比例溶于液態及固態的鐵中，在鑄鐵中不與碳形成碳化物，而是存于鐵素體和奧氏體中。Ni 的加入可降低奧氏體各元素的擴散速度，并降低奧氏體共析轉變臨界速率和轉變溫度，上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調式減壓閥,自力式減壓閥認為有利于促使珠光體的形成和細化。少量Ni 的加入還能穩定珠光體和減少鐵素體含量，可有效延長珠光體轉變孕育期，有助于取得均勻而一體的結構和良好的綜合力學性能。

元素Cr 是強烈的碳化物穩定元素之一，對鑄鐵固態相變影響體現3 個方面。①抑制鐵素體形成，減少游離鐵素體含量，促進珠光體形成。②延長珠光體孕育期，推遲共析轉變，改善鑄鐵的硬化性能。③可促進柔軟的鐵素體轉變成珠光體組織，使鑄鐵中具有極細的片狀共晶石墨存在，可使石墨的大小和鑄鐵的晶粒更均勻。

2.4、應用情況

對于電站系統大口徑蝶閥，其閥體、蝶板等主體材料通常占整個閥重的90%，因此在材料選擇上，需綜合考慮其使用性能、制造工藝性、在線維護檢修的便捷性及經濟性等因素。目前，國內低鎳鉻合金鑄鐵已廣泛應用于水利、水電、石油化工等行業，并已取得較豐富的運行經驗，并逐步應用于核電循環水系統閥門。

與常規水系統介質不同，核電站循環水系統海水介質中高濃度的Cl 離子含量( 17g /L) 、海生物和泥沙及介質流速等影響，導致金屬材料的腐蝕性比普通海水更劇烈，因此閥門選材時不僅需考慮耐腐蝕性能外，還需綜合考慮其抗沖刷能力。為了保證閥門過流表面具有足夠的抗海水腐蝕能力、耐沖刷磨損能力，臺山循環水蝶閥選材還引入了重防腐涂料涂覆工藝，采用低鎳鉻合金鑄鐵+ 重防腐涂料相結合，從而實現了雙重防腐技術。
主要分類

按驅動方式分

(1)電動蝶閥
(2)氣動蝶閥
(3)液動蝶閥
(4)手動蝶閥

按結構形式分：

(1)中心密封蝶閥
(2)單偏心密封蝶閥
(3)雙偏心密封蝶閥
(4)三偏心密封蝶閥

密封面材質分：

(1)軟密封蝶閥。

1)密封副由非金屬軟質材料對非金屬軟質材料構成。
2)密封副由金屬硬質材料對非金屬軟質材料構成。
(2)金屬硬密封蝶閥。密封副由金屬硬質材料對金屬硬質材料構成。

按密封形式分：

(1)強制密封蝶閥。
1)彈性密封蝶閥。密封比壓由閥門關閉時閥板擠壓閥座，閥座或閥板的彈性產生。
2)外加轉矩密封蝶閥。密封比壓由外加于閥門軸上的轉矩產生。
(2)充壓密封蝶閥。密封比壓由閥座或閥板上的彈件密封元件充壓產生
(3)自動密封蝶閥。密封比壓由介質壓力自動產生。

按工作壓力分：

(1)真空蝶閥。工作壓力低于標堆大氣歷的蝶閥。
(2)低壓蝶閥。公稱壓力PN<1．6MPa的蝶閥。
(3)中壓蝶閥。公稱壓力PN為2．5--6．4MPa的蝶閥。
(4)高壓蝶閥。公稱壓力PN為10。0--80．0MPa的蝶閥。
(5)超高壓蝶閥。公稱壓力PN>100MPa的蝶閥。

按工作溫度分：

(1)高溫。t>450 °C的蝶閥。
(2)中溫蝶閥。120 C<t<450℃的蝶閥。
(3)常溫蝶閥。一40C<t<；120 °C的蝶閥。
(4)低溫蝶閥。一100<t<一40 °C的蝶閥。
(5)超低溫蝶閥。t<一100 °C的蝶閥。

按連接方式分：

1、對夾式蝶閥對夾式蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。閥門則呈全開狀態。對夾式蝶閥結構簡單、體積小、重量輕。蝶閥有彈性密封和金屬密封兩種密封型式。彈性密封閥門，密封圈可以鑲嵌在閥體上或附在蝶板周邊。
2、法蘭式蝶閥法蘭式蝶閥為垂直板式結構，閥桿為整體式金屬硬密封閥門的密封圈為柔性石墨板與不銹鋼板復合式結構，安裝在閥體上，蝶板密封面堆焊不銹鋼。軟密封閥門的密封圈為丁腈橡膠材質，是安裝在蝶板上的。
(3)凸耳式蝶閥。
(4)焊接式蝶閥。

焊接式蝶閥是一種非密閉型蝶閥，廣泛適用于建材、冶金、礦山、電力等生產過程中介質溫度≤300℃公稱壓力為0.1Mpa的管道上，用以連通、啟閉或調節介質量。

結構特點

1、蝶閥具有結構簡單、體積小、重量輕、材料耗用省，安裝尺寸小，開關迅速、90°往復回轉，驅動力矩小等特點，用于截斷、接通、調節管路中的介質，具有良好的流體控制特性和關閉密封性能。 蝶閥
2、蝶閥可以運送泥漿，在管道口積存液體少。 低壓下，可以實現良好的密封。 調節性能好。
3、蝶板的流線形設計，使流體阻力損失小，可謂是一種節能型產品。
4、閥桿為通桿結構，經過調質處理，有良好的綜合力學性能和抗腐蝕性，抗擦傷性。蝶閥啟閉時閥桿只作旋轉運動而不作升降運行，閥桿的填料不易破壞，密封可靠。與蝶板錐銷固定，外伸端為防沖出型設計，以免在閥桿與蝶板連接處意外斷裂時閥桿崩出。
5、 連接方式有法蘭連接、對夾連接、對焊連接及凸耳對夾連接。驅動形式有手動、蝸輪傳動、電動、 氣動、液動、電液聯動等執行機構，可實現遠距離控制和自動化操作。

優點

1、啟閉方便迅速、省力、流體阻力小，可以經常操作。
2、結構簡單，外形尺寸小，結構長度短，體積小，重量輕，適用于大口徑的閥門。
3、可以運送泥漿，在管道口積存液體少。
4、低壓下，可以實現良好的密封。
5、調節性能好。
6、全開時閥座通道有效流通面積較大，流體阻力較小。
7、啟閉力矩較小，由于轉軸兩側蝶板受介質作用基本相等，而產生轉矩的方向相反，因而啟閉較省力。
8、密封面材料一般采用橡膠、塑料、故低壓密封性能好。
9、安裝方便。
10、操作靈活省力，可選擇手動、電動、氣動、液壓方式。

缺點

1、使用壓力和工作溫度范圍小。
2、密封性較差。

蝶閥按結構形式可分為偏置板式、垂直板式、斜板式和杠桿式。按密封形式可分為軟密封型和硬密封型兩種。軟密封型一般采用橡膠環密封，硬密封型通常采用金屬環密封。
按連接型式可分為法蘭連接和對夾式連接；按傳動方式可分為手動、齒輪傳動、氣動、液動和電動幾種。

安裝維護

對夾蝶閥

1、在安裝時，閥瓣要停在關閉的位置上。
2、開啟位置應按蝶板的旋轉角度來確定。
3、帶有旁通閥的蝶閥，開啟前應先打開旁通閥。
4、應按制造廠的安裝說明書進行安裝，重量大的蝶閥，應設置牢固的基礎。常見故障

蝶 閥中的橡膠彈性體在連續使用中，會產生撕裂、磨損、老化、穿 高分子復合材料修復蝶閥磨損孔甚至脫落現象。而傳統的熱硫化工藝很難適應現場修復的需要，修復時要采用專門的設備，消耗大量熱能和電能，費時費力。當今 逐步采用高分子復合材料的方法替代傳統方法，其中應用多的是福世藍技術體系。其產品所具備的*的粘著力及出色的抗磨損、抗撕裂性能，確保修復后達到甚 至超出新部件的使用周期，大大縮短停機時間。
3、閥門選材的對比分析
3.1、普通碳鋼

碳鋼本身不耐海水腐蝕，核電海水閥中普遍采用碳鋼加內襯橡膠的技術。核電閥門中常用的襯膠材料是EPDM，采用整體硫化的方式包覆在閥體和閥瓣上，雖然較好地實現了過流部件與海水的隔離，但在實際工況運行中，由于海水流速沖擊、橡膠老化等因素影響，常常會發生局部脫落、變形的現象，而一旦產生橡膠脫落或變形，碳鋼基體的腐蝕也隨之發生。此外，由于全襯里的閥門需要將設備返廠才能實現橡膠襯里的更換，無法實現在線維修，檢修周期長，不適用于大口徑海水閥使用。

3.2、雙相不銹鋼

與傳統的奧氏體或鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼克服了點蝕和縫隙腐蝕敏感性的缺陷，強度、韌性較好，且耐局部腐蝕，特別是耐晶間腐蝕、應力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕等能力有顯著提高。但是，由于其昂貴的價格，對于核電站常規島循環水系統DN800 ～ 3 200 的大口徑閥門主體選材不是合適的選擇。

3.3、銅合金

閥門選材中常用的銅合金主要有黃銅、錫青銅和鋁青銅，這些銅合金在海洋環境中能生成一層腐蝕產物膜，這層薄膜阻礙了氧向金屬表面的擴散，在海水中具有較好的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能。但與雙相不銹鋼一樣，銅合金的價格也較高且鑄造工藝性要求較高，對于大口徑的海水閥也不是較為合適的選擇。

表3 耐海水閥門選材的綜合性能對比

耐海水閥門選材的綜合性能對比

3.4、低鎳鉻合金鑄鐵+ 重防腐涂料

鑄鐵中少量Ni、Cr 元素的同時加入和共同作用下，終獲得珠光體基體和細化的A 型石墨組織，從而改善鑄鐵的宏觀綜合性能，提高鑄件的強度和硬度，增強耐海水腐蝕性能。同時，由于合金元素相對較少，生產成本也較低，因此適合于制造大口徑海水閥門。而與常規的防腐涂料不同，重防腐涂料適用于更加嚴苛的環境且能達到比常規涂料更長的保護期，其附著能力和防腐能力也更強，并且可在潮濕表面施工，對于核電工程搶修來說更加顯示了其不同于常規的*性。

綜合上述4 種耐海水閥門選材，對比綜合性能指標如表3。

4、結語
在核電站循環水冷卻系統中，對于大口徑海水閥門主體選材，采用低鎳鉻合金鑄鐵加重防腐涂料的選材方式既能滿足海水腐蝕工況需求且成本低廉，同時，生產過程閥體、閥瓣的鑄造性能較好，表面防腐涂層的涂覆工藝較為簡單且壽命較長，涂層的在線維修方便，可推廣使用。與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求