中国核电阀门的发展现状

    一、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。
  据统计目前全世界共有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%。美国也达到了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。
    我国最早应用核动力技术的领域是军事工业。20世纪70年代初海军第一艘压水堆核动力潜艇正式投入使用。从1985年我国自行设计建造秦山一期30万KW核电机组以来,先后通过自主设计建造,引进国外技术方式又建了大亚湾秦山二期、秦山三期、岭澳、田湾共6座核电站,总装机容量达到870万KW。占全国发电装机容量的2%。我国计划到2020年核电装机容量将由现在的870万KW增加到4000万KW,届时占全国电力装机总量的4%左右,即从现在起,平均每年至少建造两个百万KW的核电机组。已建成的核电站中,除秦山三期采用加拿大重水堆型外,其它均为压水堆。由俄罗斯提供的田湾核电站单机功率参数最大,为106万KW。中国原子能科学研究院、清华大学等单位建造的快中子增殖反应堆,先进堆、高温气冷堆等在国内尚属研究试验堆,取得经验后将扩大建造商业用堆。值得关注的是由美国西屋公司设计的超第三代压水堆核电机组AP600、AP1000具有更高的运行安全性,其设计采用了非能动原理如重力、对流、冷凝等,用来做为安全系统中的驱动力,大大减少了电、液、气等能动驱动力。同时阀门使用量减少50%,泵减少35%、电缆用量减少80%,抗震等级要求设备数量下降了45%,电站寿期可达60年(现为30~40年)。但这种核电站目前世界上还没有建成运行的范例。我国目前也在进行第三代核电站的研究和实验工作。
  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。按岭澳两台百万KW机组核电站建成价35亿美元计算,阀门投资为0.56亿美元,折合人民币约4.6亿元。按国家核电发展规划,到2020年新建核电站中阀门总投资累计将达到70多亿元人民币(若将材料等物价上涨因素考虑在内将达到近百亿元人民币)。
  核电阀门的维修、更换费用在核电站维修总额中约占50%。一座具有两台百万千瓦机组的核电站每年总维修费用将在1.35亿元人民币左右。阀门维修、更换费用每年达到约6700万元人民币。当我国运行的百万千瓦核电机组装机容量达到2000万KW时,每年核电阀门的维修、更换费用就将达到6.7亿元人民币。
目前,我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。
  二、国内核电阀门水平
  目前,国内已有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、电动球阀电动蝶阀、弹簧式安全阀、电动调节阀、节流阀、隔膜阀、气动阀门电动执行器波纹管截止阀等。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。
    国内核级阀门研制起步于60年代初。到目前,经过几十年的努力,国内已形成了一定规模的核级阀门设计、实验、制造、检测能力,并为秦山核电站一期、二期建设提供了大量的核级和非核级阀门,为核电阀门国产化做出了重要贡献。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。同时随着国家发展核电政策的引导,这种能力正在得到迅速的加强和扩大。以中核苏阀科技实业有限公司、沈阳盛世高中压阀门有限公司、大连大高阀门有限公司等为代表的一批老企业,正在通过加大技术改造投入、进行人员技术培训、消化吸收国外技术等措施提高企业核电阀门的设计、生产和实验的水平以尽快适应核电阀门国产化要求的步伐,满足国家核电逐步国产化的需要。一批新兴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、上手段、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,必将在我国核电阀门实现国产化过程中结出硕果。
  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。但我们也应该清醒地认识到,由于国内核电阀门还存在着一些技术水平较低、质量和可靠性不高等现象,在一定程度上影响核电阀门的国产化。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。国内核电阀门存在的问题,导致核电站业主不愿或不轻易采用国内生产的核电阀门。这是我们各个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。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。
    三、国外核电阀门简介
    与国内核电阀门比较而言,国外核电阀门种类齐全、技术先进、性能优良、可靠性较高。美国1942年建造了世界上第一座实验性核反应堆,前苏联于1954年建成世界上第一座核电站。在60多年的核动力技术发展过程中,仅就核电阀门而言,国外形成了完整的设计、实验、制造、检测体系,积累了大量的经验,产品成熟、技术可靠。美国的西屋公司、加拿大的维兰公司、法国的法玛通公司等西方公司掌握着当代先进的核电技术。维兰公司的核电阀门几乎在世界上90%以上的核电站中都有着良好的供货记录。世界上核电站中的核岛和常规岛中许多重要的核级、非核级阀门,如先导式安全阀、主蒸气隔离阀,调节阀等的核电阀门技术和市场均被发达国家著名的阀门公司所垄断,而且价格十分昂贵。
国外主要生产核电阀门公司
    1.美国洛克威尔国际公司(Rockwell International Corp.)
    洛克威尔国际公司总部设在美国宾夕法尼亚州的匹兹堡,职工总数12万余人。该公司有200多个工厂及办事处,在美国以外的30多个国家里约有100多家附属公司、联合公司和分公司。
    公司由宇航、汽车、电子及通用工业四大生产部门组成。产品品种繁多,广泛地为高精度工程提供设备与部件。洛克威尔国际公司的通用工业部门中的流量控制设备产品,包括公用事业用阀门、石油、天然气及原子能工业用阀门。该公司1974年生产第一台核电站用金属密封隔膜阀。
  2.德国的苏尔寿KSB公司
  该公司创建于1871年,原名法兰肯塔尔厂,1972年1月瑞士的苏尔寿公司与KSB公司在该厂原址成立苏尔寿——KSB公司,并投资34万马克,专门从事核电站泵和阀门的设计与制造。该厂占地面积57400m2,职工人数3000余人。
  该公司的主要产品有原子能反应堆用截止阀、截止止回阀、闸阀、弹簧安全阀、隔膜阀。以及化工用耐酸钢截止阀,闸阀,隔膜阀等。
  3.加拿大维兰工程公司(Velen Engineering co. ltd.)
  维兰工程公司创建于1950年,目前已经发展成为世界阀门行业的先驱。现有十家专业制造厂,2000余名雇员。该公司在60个国家设有代表处。维兰工程公司的阀门制造厂除三家在本国外,其余七家在英国、美国、法国、德国、葡萄牙及韩国。
  维兰工程公司作为核电阀门的主要供货厂商,以其优异的质量树起了信誉。公司在北美的三家工厂持有ASME核电站“N”许可证。公司生产大量的包括核电阀门在内的各种类型和参数的电站阀门。核电阀门中具有代表性的有核Ⅰ级闸阀DN350,设计压力17.6Mpa,最高工作温度350℃;核Ⅱ级主蒸气隔离阀DN800,1500磅级。世界上有24个国家在使用该公司的核电阀门。
    4.英国Haatterley Heaton公司(哈特利 海通)
  Haatterley Heaton公司具有六十年生产钢制阀门的经验,也是核电站用阀门的主要供货商。40余年来,该公司高度完善的多种类型的波纹管密封阀门被广泛应用于世界各地的核电站,也被应用于核动力潜艇上。
  5.美国费希尔控制公司
  美国的费希尔控制公司以研制和生产控制阀著称,在各国核电站中广泛采用其生产的先导调节阀、笼式调节阀、球形调节阀、减压阀等各类控制阀门,调节压力或流量平稳、噪音小、执行机构动作灵敏。
  四、几点看法
  根据我国核电站发展的大好形势和核电阀门发展的现状,为实现核电快速发展,核电阀门国产化,个人认为中国的阀门企业、行业和国家应采取措施解决影响核电阀门国产化的几个问题。
  1.尽快补充完善我国的核电阀门的技术标准和规范。将现有的EJ、GB、按ASME、RCC-M标准补充完善,符合国情,提高可操作性,以利于国内核电阀门在设计、选材制造、检验等各个环节上能够达到国产化。
  2.整合国内阀门行业核电阀门的实验、检测和鉴定的设备和能力,资源共享,避免重复投资重复建设,加快核电阀门的研制速度。
  3.加强人才培养和引进技术的消化吸收。提高核电阀门的设计能力和水平。
  4.增加软件和硬件投资,保证设计、制造手段先进,零部件加工和整机装配质量可靠。
  5.强化焊接、无损检测、热处理等特种工艺人员的培训考核。研究和采用先进的工艺技术,使零部件制造质量达到设计图样和标准规范的要求。
  6.进行核安全意识方面的职工教育和培训,加强核电阀门的设计、制造全过程的质量管理,提高管理水平。