轴流式止回阀在核电站的应用浅谈

王启元+李林

【摘 要】简要介绍了核电站常用的几种止回阀，并列举了轴流式止回阀的优势。通过分析核电站使用的圆盘型结构轴流止回阀基本设计参数，以及国内外轴流式止回阀的生产能力，提出了核电站轴流止回阀的国产化的可能。

【关键词】轴流式止回阀；圆盘型结构；国产化

【Abstract】Several kinds of frequently-used check valve are introduced briefly，and the advantages of nozzle check valve are quoted. Combining the analysis on the basic parameters designed for the solid-disc structure nozzle check valves used in nuclear power plants and the facts of domestic and abroad nozzle check valve production capacities，the possibility of nozzle check valves localization for nuclear power plant is included

【Key words】Nozzle check valve； Solid-disc structure；Localization

0 前言

1935年，轴流止回阀问世。1954年，前苏联建成奥勃灵斯克核电站。1972年，轴流式止回阀被首次应用在某欧洲核电站中，替代了主给水止回阀（旋启式）。

AP1000核电作为崭新的第三代核电技术，从设计上再次引入了广泛使用在石油化工行业的特殊型止回阀——轴流式止回阀。

1 核电站常用止回阀的几种形式

核电站常用的止回阀主要有以下三种形式：

1.1 旋启式止回阀

1.1.1 设有铰链机构，阀瓣与铰链机构有足够的旋启空间，阀瓣相对铰链机构不能转动；

1.1.2 依重心旋转：阀瓣靠重力回位至关闭位置，低压的密封较差。

1.2 升降式止回阀

沿轴线移动：流体使阀瓣从阀座密封面上抬起，介质回流导致阀瓣回落到阀座上，流阻较大。

1.3 蝶式止回阀

1.3.1 阀瓣为2个半圆蝶板，采用弹簧强制复位；

1.3.2 沿中心旋转：流体压力克服弹簧力使阀瓣从阀座密封面上抬起，介质回流时依靠弹簧和阀瓣的自重（垂直安装）使阀瓣回落到阀座上，密封较差。

2 轴流式止回阀的特点及核电应用

2.1 轴流式止回阀的特点

2.1.1 轴流式止回阀的型式

轴流式止回阀根据其阀瓣结构形式的不同可分为圆盘型（solid-disc）、环盘型（ring-disc）和套筒型等，应用较多的是圆盘型和环盘型两种。

（1）圆盘型结构又分为悬臂式以及双支承式：

悬臂圆盘型（见图4）轴流式止回阀对阀轴和轴套的设计、制造精度要求高。由于运动的阀芯是悬臂结构，如阀轴与导向套存在偏心则易卡阻。

双支承的阀芯结构（见图5），避免了悬臂结构的偏心现象，具有良好的对中性，阀芯动作平稳，但阀轴与其支撑轴套存在一定的磨损[1]。

（2）环盘型结构（见图6）避免了圆盘型阀轴偏心的缺点，阀芯轻便灵活，运行无磨损卡阻，但环形阀芯的结构复杂，流体阻力略大，且不易密封[2]。

（3）套筒型结构（见图7）阀瓣质量轻，动作灵敏，行程较短，结构长度短，可低压密封和低压开启，关闭无冲击、噪声，弹簧不直接与介质接触，因而寿命长，缺点为有两个密封副，给加工、研磨和维修增加了困难，同时有一定的压力损失[3]。

2.1.2 轴流式止回阀的原理

阀前介质流动到阀瓣处，动能转化为势能对阀瓣形成静压，当入口静压大于弹簧弹力与出口端压力的总和时，介质推动阀瓣压缩弹簧，阀门开启。随着阀前介质流量的减小，阀前的介质压力不足以克服弹簧弹力与阀后介质背压的和力时，阀瓣将恢复至原位，止回阀关闭，并阻止介质回流[4]。

2.1.3 轴流式止回阀的优势

（1）启闭迅速

轴流式止回阀与旋启式、对夹式止回阀相比行程短，特别是大口径阀的相对行程更短，可以实现快速关闭。

（2）密封性能较好

轻质量、低惯性的阀瓣经过短行程关闭后对阀座的冲击力小，可有效减少阀座密封面因破坏而导致的泄漏。

（3）流体阻力小

轴流式止回阀采用文丘里式的阀门内部结构设计，流体流经阀门时，渐缩和渐扩的流道可保证流体处于层流状态，减少流体压力损失，从而使得阀门的流阻系数小。

（4）震动小、噪音低、防水锤

阀瓣关闭时介质的倒流速度小，弹簧复位使得阀门启闭无撞击，从而减少了机械震动、噪声及水锤的发生。

2.2 轴流式止回阀的核电应用

轴流式止回阀目前主要应用在石油/天然气运输等化工相关领域，在国内（AP1000）核电站单机组中有12台核级止回阀采用了轴流式（AP1000的核级止回阀共有54台/机组），且均为悬臂式圆盘型结构。

其中，核一级的参数要求较高：

核级阀门制造前需依照AEMEQME-1-2007的QV-7000相关要求进行阀门质量鉴定。通常核级设备的质量鉴定次序为：老化鉴定试验（热老化、辐照老化、振动老化等）、抗震鉴定试验、LOCA环境鉴定试验。上述鉴定试验须在同一试验件上顺序进行。

3 国内外轴流式止回阀的生产能力

轴流式止回阀主要以进口为主，最大口径可达60"以上。比较知名的品牌如Mokveld（荷兰）、Goodwin（英国）、Noreva（德国）、Enertech（美国）以及Crane（美国）等。

据称，在油气集输管网、石化等管道上的止回装置应用中，16"以下的小口径阀已实现国产。国内有三家阀门厂在做轴流式止回阀的研发：自贡新地佩尔、苏州钮威和重庆科特。从实际使用情况来看，国内厂家已经基本具备了与国外厂家一较高下的能力[5]。

对于AP1000核电站采用的核级轴流止回阀，目前国内厂家尚无相关设计、制造资质，仍需进口。

4 总结

軸流式止回阀在我国核电站中属于首次使用，AP1000的样板项目选择了进口Enertech，但在供货过程中也出现过延期。如后续核电在常规岛的止回阀设计中能考虑逐步引入轴流式止回阀，将极大促进国内厂家的参与。在减小大口径止回阀水锤效应的同时，对核级轴流止回阀的国产化也起到积极作用。

【参考文献】

[1]李科.长输管线轴流式止回阀的选用与分析[J].阀门，2015（4）：31-32.

[2]彭林，宋忠荣.轴流式止回阀的密封试验[J].阀门，2012（3）：15-16.

[3]李学飞.轴流式止回阀阀瓣结构分析与设计[J].阀门，2011（2）：5-7.

[4]张宝江.轴流式止回阀的应用[J].石油化工设计，2011，28（2）：45-46.

[5]赵春磊.轴流式止回阀在长输管线上的应用及国产化情况[J].通用机械，2015（4）：50-54.

[责任编辑：朱丽娜]