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中国核电阀门的技术现状和展望

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  随着我国国民经济的持续快速发展,对中国能源行业提出了非常紧迫的要求。目前,从保证我国的能源安全、优化能源结构、支持国民经济可持续发展等多方面迫切需要出发,我国已制订立足于火电,大力发展水电,适度开发新型能源的政策,如核电和风力发电等。中国核电的建设正从试验性、补偿性调整为向战略性和进取性的发展。这对于中国核电事业是一个极好的发展机会,而核电站阀门的巨大需求则给国内外阀门生产厂商带来了广阔的市场前景。

  一、核电阀门的概况

  核电阀门是指在核电站中核岛N1、常规岛CI和电站辅助设施BOP系统中使用的阀门。从安全级别上分为核安全Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、非核级。其中核安全Ⅰ级要求最高。核电阀门在核电站中是使用数量较多的介质输送控制设备,是核电站安全运行中的必不可少的重要组成部分。据统计一座具有两台100万KW机组的核电站有各类阀门3万台。

  目前全球共有447个核电机组正在运行,总装机容量为3。8亿KW,约占全球总发电量的16。2%。有17个国家核电站装机容量占其本国总发电量的25%以上。其中法国占77%,韩国占38%,日本占36%,英国占28%,美国占20%。在所运行的核电机组中,50%以上为压水堆,其次有重水堆、沸水堆、石墨堆、快中子增殖堆、高温气冷堆。

  核电站中阀门的数量分布以大亚湾核电站为例,核岛部分占43。5%、常规岛部分占45%、辅助设施占11。5%。其核岛部分使用的各类阀门共有1。3万台。

  以阀门配置情况看,截止阀占33。6%,隔膜阀占26。2%、球阀占12。8%。这三项占核岛阀门的72。6%。从安全等级分布看,核Ⅰ级的仅有2。3%、核Ⅱ、Ⅲ级的合计有52%,而非核级的占了45。7%。

  核电阀门在核电站中的投资比例占核电站建成价的1。6%左右。核电阀门的维修、更换费用一般占核电站维修总额中约占50%。而核电运行成本包括投资成本、运行维修成本和燃料成本三部分。其中投资成本一般占核电运行成本的57%,运行维修成本占29%,燃料成本占14%。而运行成本中的大修费(维修总额)占核电运行成本的10%

  二、中国核电阀门水平

  目前,中国已有19个企业获得了国家核安全局颁发的民用核承压设备设计和生产资格许可证,可设计和生产核级阀门。其设计、生产阀门的种类有闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、弹簧式安全阀、调节阀、节流阀、隔膜阀、波纹管截止阀等。这19个企业中具备设计生产核Ⅰ级阀门的企业有五家(沈高、中核苏阀、大高、上阀、上海良工、)。国内生产的供核电站用阀门大多是非核级和核Ⅱ、Ⅲ级阀门。

  中国核级阀门研制起步于60年代初,自从1985年我国自行设计开发建造秦山一期300MW压水堆以来,先后通过自行设计开发、引进国外技术等多种方式建造了秦山一期、大亚湾、秦山二期、秦山三期、岭澳和田湾等6座核电站,总装机容量达到870万kW ,约占全国总发电能力的2%,并形成浙江秦山、广东大亚湾、江苏田湾三大核电基地。广东大亚湾两套机组采用法国技术和设备,秦山三期引进加拿大重水堆机组,江苏连云港田湾核电站用的是俄罗斯VVER堆。目前,国内已成功研制生产了压水堆核岛核Ⅰ级电动闸阀、止回阀;核Ⅰ级电动波纹管截止阀、快中子增殖反应堆用核Ⅱ级电动波纹管钠截止阀等具有较高水平的核级阀门。一批新兴阀门企业的企业家具有战略眼光,不惜投入巨大的人力、物力,引进人才、上设备、上管理,取得了(或正在取得)设计生产核级阀门的资格。这些都是中国阀门行业发展中的辉煌成就和可喜之处,只要持续这种发展势头,必将在中国核电阀门实现国产化过程中结出硕果。

  目前,中国核电站中使用的阀门,除秦山一期、二期中使用部分国产阀门外,其它核岛和常规岛部分所用阀门几乎全部进口。这种状况和国家到2020年发展核电的规划,为中国的阀门行业提供了良好的发展机遇,同时也是对中国阀门行业的一个严峻的考验。

  目前,国内已成功研发了压水堆核岛核Ⅰ级电动闸阀、止回阀、电动波纹管截止阀、快中子增殖反应堆用核Ⅱ级电动波纹管钠截止阀等具有较高水平的核阀。

  中广核与中核苏阀、大连大高阀门、江苏神通阀门签署了《核电阀门国产化开发合作协议》,标志着中广核集团与国内阀门企业联合研发核阀工作已全面启动。

  三、阀门行业存在的问题

  国内核级阀门的设计、生产和实验已经具有一定的基础,取得了一定的成绩,发展前景看好。中国核电装备制造业中的阀门行业,设计制造水平还远落后于发达国家,各类阀门的可靠性和配套能力与国际水平仍有较大差距。特别是在核电站用阀门的设计和生产能力上与国外先进水平差距很大。核电站中核岛、常规岛的一些重要阀门如先导式安全阀、调节阀、主蒸气隔离阀等国内还不能提供成熟、可靠的产品。同时由于受国内核电阀门的实验测试手段所限,以及技术、管理等原因,核电阀门产品的可靠性数据少、自动控制水平低、产品的质量不稳定。核电是以安全可靠为第一原则的。中国核电阀门存在的问题,导致核电站业主不轻易采用国内生产的核电阀门。这是中国阀门企业需要花大力气才能解决的核电阀门产品技术水平和质量这个根本问题,也是行业关注之处。通过举办核电工业展览会、多进行技术交流,并需要在技术、人才、政策、软件、硬件、管理诸方面采取措施才能加以解决。

  (1)核电站关键阀门是核电站的重要设备,长期以来,主要依赖进口,国外一直对我国实行技术封锁,以赚取高额的利润,因而也成为制约中国核电国产化的瓶颈之一。

  (2)重要的核电站阀门技术尚未突破。中国阀门行业已经能够生产核电站用核级闸阀、止回阀、蝶阀、球阀、隔膜阀等系列阀门。但配套阀门档次不高,在技术层次上处于下游水平,而在主蒸气隔离阀、大口径安全阀(DN200mm)等技术含量高的阀门研制和生产上尚未取得重大突破。

  (3)核电阀门总体水平仍然落后于世界先进水平。如智能型驱动机构目前已较为普遍的应用于国外的阀门行业,但在国内还是空白。具备在线诊断能力的核级闸阀对于核电站的正常运行和故障发现排除具有重要意义,但由于国内自动控制水平的限制,国内尚不能生产。

  (4)重要的配套装置自动化程度低,可靠性差。对于核电站用阀门来说,在事故状态下动作的及时准确非常重要,如主蒸气隔离阀按要求打开的时间仅为几秒钟,如果出现动作不及时或误操作都将带来严重的后果。因此,阀门驱动装置的性能和质量非常重要。而中国阀门配套用电动装置控制水平低,与国外先进水平差距较大。通用执行机构的控制精度不高,动作不灵敏,与国外同类产品相比还有一定差距。

  (5)阀门制造工艺落后,管理薄弱,只有少数企业拥有部分数控加工中心,劳动生产率低,生产周期长。

  (5)在核电阀门领域将面临国际各大知名企业的有力竞争。国外研制和生产核电阀门已有近50余年的历史,经验丰富,产品种类齐全,技术先进,性能可靠,而且已成功应用于国内外数百个反应堆上。

  四、中国核电阀门的展望

  中国阀门行业得到了快速发展,现已基本形成人才培养、科学研究、产品开发设计和制造较为完善的体系,除少数的特殊产品外,现有产品品种和数量基本上能满足国民经济各部门的需要,具备很大的潜力和优势。

  (1)部分阀门我国拥有专利。如我国自行设计制造的核岛(NI)用全封闭电动闸阀,该阀采用特制的电传动装置和旋转一直线运动传动副,无填料,对于系统的安全运行和简化维护保养都有着积极的意义。

  (2)在跟踪国外先进技术上取得了一定进展。我国已经能够设计和生产钠冷快中子增殖堆用阀门,能够为国外核电站检修生产部分核级阀门。特别是在核电站反应堆用余热排出系统用低流阻阀门的研制和生产上取得了突破。

  (3)核电领域国产化程度不断提高,对解决阀门配套能力有利。为降低核电造价,国家在核电产业政策上,积极推动各项重要设备的国产化工作,对于生产核电阀门企业来讲,在争取国家产业政策支持的基础上,加大自主研发的力度,联合各外协作厂家,可以在阀门驱动装置、控制装置和传动装置等方面取得突破,解决制约阀门整机性能提高的瓶颈问题。

  (4)阀门行业制造管理水平在逐年提高。现在,很多中国阀门企业已不满足于生产中低压、自动化程度低的通用阀门,不满足于粗放的生产管理方式。各企业都在通过不断的进行质量体系认证、国家核安全认证等方式提高企业的质量管理水平,通过不断引进新设备,如数控加工中心、自动焊生产线等提高阀门的加工制造能力,通过建立各型阀门的综合测试中心、专用试验回路,提高对安全阀、节流阀、疏水阀和减压阀等特殊阀门的性能检测水平。

  (5)随着改革开放的不断深入,我国阀门行业可以加强与国外核电阀门企业的合作,充分利用其先进的技术、资金及管理等优势,提升自身的技术实力和管理水平,完善测试手段和检验方法,最终实现在我国核电阀门领域国产化的目标。

  2011年3月,国务院听取应对日本福岛核电站核泄漏有关情况的汇报,决定调整核电规划 暂停审批新项目,专家分析认为,国务院的决定势必将放缓核电装机速度。如果核电发展放缓,则光伏、风电、水电等其他新能源比例肯定会上升,因为中国到2020年可再生能源占比15%的目标不会改变。