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中國核電閥門的技術現狀和展望

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  隨著我國國民經濟的持續快速發展,對中國能源行業提出了非常緊迫的要求。目前,從保證我國的能源安全、優化能源結構、支持國民經濟可持續發展等多方面迫切需要出發,我國已制訂立足于火電,大力發展水電,適度開發新型能源的政策,如核電和風力發電等。中國核電的建設正從試驗性、補償性調整為向戰略性和進取性的發展。這對于中國核電事業是一個極好的發展機會,而核電站閥門的巨大需求則給國內外閥門生產廠商帶來了廣闊的市場前景。

  一、核電閥門的概況

  核電閥門是指在核電站中核島N1、常規島CI和電站輔助設施BOP系統中使用的閥門。從安全級別上分為核安全Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、非核級。其中核安全Ⅰ級要求最高。核電閥門在核電站中是使用數量較多的介質輸送控制設備,是核電站安全運行中的必不可少的重要組成部分。據統計一座具有兩臺100萬KW機組的核電站有各類閥門3萬臺。

  目前全球共有447個核電機組正在運行,總裝機容量為3.8億KW,約占全球總發電量的16.2%。有17個國家核電站裝機容量占其本國總發電量的25%以上。其中法國占77%,韓國占38%,日本占36%,英國占28%,美國占20%。在所運行的核電機組中,50%以上為壓水堆,其次有重水堆、沸水堆、石墨堆、快中子增殖堆、高溫氣冷堆。

  核電站中閥門的數量分布以大亞灣核電站為例,核島部分占43.5%、常規島部分占45%、輔助設施占11.5%。其核島部分使用的各類閥門共有1.3萬臺。

  以閥門配置情況看,截止閥占33.6%,隔膜閥占26.2%、球閥占12.8%。這三項占核島閥門的72.6%。從安全等級分布看,核Ⅰ級的僅有2.3%、核Ⅱ、Ⅲ級的合計有52%,而非核級的占了45.7%。

  核電閥門在核電站中的投資比例占核電站建成價的1.6%左右。核電閥門的維修、更換費用一般占核電站維修總額中約占50%。而核電運行成本包括投資成本、運行維修成本和燃料成本三部分。其中投資成本一般占核電運行成本的57%,運行維修成本占29%,燃料成本占14%。而運行成本中的大修費(維修總額)占核電運行成本的10%

  二、中國核電閥門水平

  目前,中國已有19個企業獲得了國家核安全局頒發的民用核承壓設備設計和生產資格許可證,可設計和生產核級閥門。其設計、生產閥門的種類有閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥、彈簧式安全閥、調節閥、節流閥、隔膜閥、波紋管截止閥等。這19個企業中具備設計生產核Ⅰ級閥門的企業有五家(沈高、中核蘇閥、大高、上閥、上海良工、)。國內生產的供核電站用閥門大多是非核級和核Ⅱ、Ⅲ級閥門。

  中國核級閥門研制起步于60年代初,自從1985年我國自行設計開發建造秦山一期300MW壓水堆以來,先后通過自行設計開發、引進國外技術等多種方式建造了秦山一期、大亞灣、秦山二期、秦山三期、嶺澳和田灣等6座核電站,總裝機容量達到870萬kW ,約占全國總發電能力的2%,并形成浙江秦山、廣東大亞灣、江蘇田灣三大核電基地。廣東大亞灣兩套機組采用法國技術和設備,秦山三期引進加拿大重水堆機組,江蘇連云港田灣核電站用的是俄羅斯VVER堆。目前,國內已成功研制生產了壓水堆核島核Ⅰ級電動閘閥、止回閥;核Ⅰ級電動波紋管截止閥、快中子增殖反應堆用核Ⅱ級電動波紋管鈉截止閥等具有較高水平的核級閥門。一批新興閥門企業的企業家具有戰略眼光,不惜投入巨大的人力、物力,引進人才、上設備、上管理,取得了(或正在取得)設計生產核級閥門的資格。這些都是中國閥門行業發展中的輝煌成就和可喜之處,只要持續這種發展勢頭,必將在中國核電閥門實現國產化過程中結出碩果。

  目前,中國核電站中使用的閥門,除秦山一期、二期中使用部分國產閥門外,其它核島和常規島部分所用閥門幾乎全部進口。這種狀況和國家到2020年發展核電的規劃,為中國的閥門行業提供了良好的發展機遇,同時也是對中國閥門行業的一個嚴峻的考驗。

  目前,國內已成功研發了壓水堆核島核Ⅰ級電動閘閥、止回閥、電動波紋管截止閥、快中子增殖反應堆用核Ⅱ級電動波紋管鈉截止閥等具有較高水平的核閥。

  中廣核與中核蘇閥、大連大高閥門、江蘇神通閥門簽署了《核電閥門國產化開發合作協議》,標志著中廣核集團與國內閥門企業聯合研發核閥工作已全面啟動。

  三、閥門行業存在的問題

  國內核級閥門的設計、生產和實驗已經具有一定的基礎,取得了一定的成績,發展前景看好。中國核電裝備制造業中的閥門行業,設計制造水平還遠落后于發達國家,各類閥門的可靠性和配套能力與國際水平仍有較大差距。特別是在核電站用閥門的設計和生產能力上與國外先進水平差距很大。核電站中核島、常規島的一些重要閥門如先導式安全閥、調節閥、主蒸氣隔離閥等國內還不能提供成熟、可靠的產品。同時由于受國內核電閥門的實驗測試手段所限,以及技術、管理等原因,核電閥門產品的可靠性數據少、自動控制水平低、產品的質量不穩定。核電是以安全可靠為第一原則的。中國核電閥門存在的問題,導致核電站業主不輕易采用國內生產的核電閥門。這是中國閥門企業需要花大力氣才能解決的核電閥門產品技術水平和質量這個根本問題,也是行業關注之處。通過舉辦核電工業展覽會、多進行技術交流,并需要在技術、人才、政策、軟件、硬件、管理諸方面采取措施才能加以解決。

  (1)核電站關鍵閥門是核電站的重要設備,長期以來,主要依賴進口,國外一直對我國實行技術封鎖,以賺取高額的利潤,因而也成為制約中國核電國產化的瓶頸之一。

  (2)重要的核電站閥門技術尚未突破。中國閥門行業已經能夠生產核電站用核級閘閥、止回閥、蝶閥、球閥、隔膜閥等系列閥門。但配套閥門檔次不高,在技術層次上處于下游水平,而在主蒸氣隔離閥、大口徑安全閥(DN200mm)等技術含量高的閥門研制和生產上尚未取得重大突破。

  (3)核電閥門總體水平仍然落后于世界先進水平。如智能型驅動機構目前已較為普遍的應用于國外的閥門行業,但在國內還是空白。具備在線診斷能力的核級閘閥對于核電站的正常運行和故障發現排除具有重要意義,但由于國內自動控制水平的限制,國內尚不能生產。

  (4)重要的配套裝置自動化程度低,可靠性差。對于核電站用閥門來說,在事故狀態下動作的及時準確非常重要,如主蒸氣隔離閥按要求打開的時間僅為幾秒鐘,如果出現動作不及時或誤操作都將帶來嚴重的后果。因此,閥門驅動裝置的性能和質量非常重要。而中國閥門配套用電動裝置控制水平低,與國外先進水平差距較大。通用執行機構的控制精度不高,動作不靈敏,與國外同類產品相比還有一定差距。

  (5)閥門制造工藝落后,管理薄弱,只有少數企業擁有部分數控加工中心,勞動生產率低,生產周期長。

  (5)在核電閥門領域將面臨國際各大知名企業的有力競爭。國外研制和生產核電閥門已有近50余年的歷史,經驗豐富,產品種類齊全,技術先進,性能可靠,而且已成功應用于國內外數百個反應堆上。

  四、中國核電閥門的展望

  中國閥門行業得到了快速發展,現已基本形成人才培養、科學研究、產品開發設計和制造較為完善的體系,除少數的特殊產品外,現有產品品種和數量基本上能滿足國民經濟各部門的需要,具備很大的潛力和優勢。

  (1)部分閥門我國擁有專利。如我國自行設計制造的核島(NI)用全封閉電動閘閥,該閥采用特制的電傳動裝置和旋轉一直線運動傳動副,無填料,對于系統的安全運行和簡化維護保養都有著積極的意義。

  (2)在跟蹤國外先進技術上取得了一定進展。我國已經能夠設計和生產鈉冷快中子增殖堆用閥門,能夠為國外核電站檢修生產部分核級閥門。特別是在核電站反應堆用余熱排出系統用低流阻閥門的研制和生產上取得了突破。

  (3)核電領域國產化程度不斷提高,對解決閥門配套能力有利。為降低核電造價,國家在核電產業政策上,積極推動各項重要設備的國產化工作,對于生產核電閥門企業來講,在爭取國家產業政策支持的基礎上,加大自主研發的力度,聯合各外協作廠家,可以在閥門驅動裝置、控制裝置和傳動裝置等方面取得突破,解決制約閥門整機性能提高的瓶頸問題。

  (4)閥門行業制造管理水平在逐年提高?,F在,很多中國閥門企業已不滿足于生產中低壓、自動化程度低的通用閥門,不滿足于粗放的生產管理方式。各企業都在通過不斷的進行質量體系認證、國家核安全認證等方式提高企業的質量管理水平,通過不斷引進新設備,如數控加工中心、自動焊生產線等提高閥門的加工制造能力,通過建立各型閥門的綜合測試中心、專用試驗回路,提高對安全閥、節流閥、疏水閥和減壓閥等特殊閥門的性能檢測水平。

  (5)隨著改革開放的不斷深入,我國閥門行業可以加強與國外核電閥門企業的合作,充分利用其先進的技術、資金及管理等優勢,提升自身的技術實力和管理水平,完善測試手段和檢驗方法,最終實現在我國核電閥門領域國產化的目標。

  2011年3月,國務院聽取應對日本福島核電站核泄漏有關情況的匯報,決定調整核電規劃 暫停審批新項目,專家分析認為,國務院的決定勢必將放緩核電裝機速度。如果核電發展放緩,則光伏、風電、水電等其他新能源比例肯定會上升,因為中國到2020年可再生能源占比15%的目標不會改變。

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