Requisitos técnicos para válvulas de energía nuclear
En comparación con el Utilizadas en plantas de energía térmica convencionales a gran escala, aunque la presión y la temperatura de las válvulas de las plantas de energía nuclear PWR son más bajas, las válvulas utilizadas en las plantas de energía nuclear tienen mejores características técnicas y requisitos más elevados.
1.1 Fuerza y rigidez
En el diseño, las partes principales de la válvula deben ser capaces de soportar diversas cargas bajo cambios de presión y temperatura constantes o instantáneos, sin presentar deformaciones elasto-plásticas evidentes. Además de los cálculos de resistencia convencionales, se deben utilizar métodos como el análisis de tensiones por elementos finitos y el análisis sísmico para garantizar la fiabilidad de las válvulas.
1.2 Caza de focas
Dado que el fluido de transporte del sistema de circuito primario de un reactor nuclear es mayoritariamente radiactivo, no se permiten fugas externas. Se deben tomar medidas rigurosas y eficaces para garantizar el diseño estructural de la válvula, la selección de sellos como fuelles, diafragmas, empaquetaduras y juntas, y el control de calidad de los materiales y productos terminados. La conexión entre el cuerpo de la válvula y la tubería se realiza principalmente mediante soldadura a tope o por encastre.
1.3 Vida útil
La pérdida económica causada por una parada de un día asciende a decenas de millones de RMB debido a la gran inversión en la construcción de centrales nucleares y al largo periodo de amortización. Por lo tanto, la válvula cumple con las especificaciones de diseño para minimizar el número de reparaciones y acortar el ciclo de reparación. La normativa general exige una vida útil de 30 a 40 años. Por ello, se debe verificar que la válvula sea capaz de completar el ciclo de trabajo especificado según la probabilidad dada.
1.4 Limpieza
El medio transportado en el sistema de bucle primario del reactor nuclear es agua borada de alta pureza. Por lo tanto, no solo se requiere la limpieza de las piezas relevantes en contacto con el medio, sino también de la superficie de las piezas de la cavidad interna que estén en contacto con el medio, y la rugosidad superficial del metal Ra debe ser inferior a 6,3 μm. Todos los cuerpos humanos, objetos, equipos, herramientas y medios en contacto con la válvula deben cumplir con los requisitos de los procedimientos de limpieza pertinentes.
1.5 Seguridad y fiabilidad
Las válvulas deben utilizarse de forma fiable en diversas condiciones de diseño, incluyendo situaciones normales, anormales, críticas y accidentes, e incluso mantener su integridad y operabilidad en caso de terremotos o accidentes con pérdida de refrigerante. Por lo tanto, el prototipo debe probarse en diversas condiciones de trabajo simuladas.
1.6 Propiedades de los materiales
Los materiales seleccionados deben tener buena resistencia a la corrosión, resistencia a la radiación, resistencia al impacto y resistencia a la corrosión intergranular. Por lo tanto, el acero inoxidable austenítico bajo en carbono o incluso ultrabajo en carbono se utiliza como material principal en algunos sistemas principales y elegir algunas aleaciones con un rendimiento superior, como resistencia, tenacidad, resistencia a la temperatura, resistencia a la presión, resistencia a la erosión y resistencia a la abrasión para fabricar vástagos de válvulas o superficies de sellado y otras piezas. Se realizarán diversas propiedades físicas y químicas y pruebas no destructivas según sea necesario. El contenido de iones de cloro, flúor y azufre en materiales de sellado no metálicos, como empaquetaduras y juntas, debe controlarse estrictamente, y todos los datos deben ser inferiores a los indicadores especificados en las especificaciones para garantizar que no se produzcan daños al sustrato metálico debido a la corrosión.
1.7 Dispositivos de control
Las válvulas de las centrales nucleares utilizadas en caso de accidente deben contribuir a la protección del sistema y a la respuesta de emergencia. Una actuación oportuna y precisa es fundamental para estas válvulas, ya sea oportuna pero inexacta o precisa pero inexacta, no puede satisfacer las necesidades de protección de las centrales nucleares. Si la válvula principal de aislamiento de vapor se abre solo durante unos segundos, como se requiere, si la actuación no se realiza a tiempo o si falla, las consecuencias serán graves. Por lo tanto, el rendimiento y la calidad de los actuadores de válvulas son cruciales.
1.8 Especificaciones relacionadas
El personal que participa en el diseño y la fabricación de válvulas para centrales nucleares debe familiarizarse y dominar las disposiciones pertinentes de las normas y regulaciones de seguridad nuclear emitidas por el país, y presentar simultáneamente la solicitud a la autoridad competente y a la Administración Nacional de Seguridad Nuclear. El trabajo solo puede llevarse a cabo tras la emisión de la licencia de las actividades pertinentes, tras el examen y la aprobación de la parte superior correspondiente. En la práctica, es necesario implementar algunas regulaciones y estándares reconocidos en China y en el mundo, como las regulaciones de seguridad nuclear HAF, las directrices de seguridad nuclear HAD, los estándares de la industria nuclear EJ, el estándar ASME de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos, los estándares IEEE del Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos y las reglas francesas de diseño y construcción de equipos mecánicos para reactores de agua a presión de islas nucleares RCC a M y otros documentos normativos. Los estándares empresariales deben basarse en la premisa de garantizar el cumplimiento de las diversas regulaciones y especificaciones mencionadas anteriormente para garantizar que los productos de grado nuclear producidos cumplan con los requisitos reconocidos.
1.9 Control de calidad
Los fabricantes de válvulas para centrales nucleares deben establecer un sistema integral de garantía de calidad, elaborar los programas de garantía de calidad correspondientes y los procedimientos y documentos relacionados para el control de calidad. En sus actividades diarias, deben seguir estricta y rigurosamente el esquema, los procedimientos y los requisitos del documento, y cada paso debe atenerse a las normas. Además, deben aceptar la supervisión e inspección de sus actividades por parte de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear y las partes pertinentes en cualquier momento. En caso de problemas de calidad o no conformidades importantes, la parte responsable no tiene derecho a gestionarlos en privado y debe informar a las partes pertinentes para su resolución.
1.10 Documentación
Desde el inicio de la aprobación del proyecto hasta el proceso de aceptación en fábrica, se debe establecer un expediente completo, incluyendo especificaciones técnicas, planos de diseño, libros de cálculo, incluyendo análisis de esfuerzos y sísmicos, especificaciones de proceso, evaluación de procesos clave, planes de calidad, registros de seguimiento, las propiedades físicas y químicas de varios materiales e informes de pruebas no destructivas, informes de pruebas funcionales, manuales de uso y mantenimiento e informes de finalización de fabricación y otros documentos que se deben proporcionar para su archivo.
1.11 Requisitos especiales para válvulas de centrales nucleares
Dado que los medios, los parámetros técnicos y las condiciones ambientales del circuito primario tienen diferentes requisitos para la seguridad y confiabilidad de las válvulas de las centrales eléctricas convencionales, además de los requisitos generales, existen requisitos especiales como los siguientes:
1) Requisitos de resistencia a la radiación
La radiación acumulada de las válvulas en las centrales nucleares es de 1200.000 GY. Por lo tanto, además de cumplir con el medio de trabajo, los materiales seleccionados para las válvulas también deben ser resistentes a la radiación, es decir, su rendimiento no se verá afectado tras la irradiación ni se activará, es decir, su vida media debe ser corta. Materiales como el cobre y el cobalto deben utilizarse lo menos posible, o incluso no utilizarse. Las aleaciones a base de níquel están listas para su uso en el extranjero, y actualmente, China también está lista para su uso.
2) Requisitos para el sellado
Dado que el medio es agua con boro y radiactividad, la válvula debe tener un buen sellado y ser libre de fugas. El sello de la brida debe ser seguro y fiable. Para garantizar la estanqueidad del vástago de la válvula, se deben utilizar fuelles y un separador de fugas intermedio en la estructura. Para facilitar la limpieza, las superficies interior y exterior de la válvula deben tener cierta rugosidad, y se deben evitar los ángulos muertos en el cuerpo de la válvula para evitar la deposición de partículas radiactivas.
3) Requisitos para empaques y juntas
Debido a los requisitos de calidad del agua del circuito primario, se requieren equipos de acero inoxidable. En especial, en equipos de paredes delgadas, como vainas de elementos combustibles, tuberías de evaporación y fuelles, la corrosión por picaduras causada por iones de cloruro puede dañar la calidad del agua. Por lo tanto, el contenido de iones de cloruro en la junta debe ser inferior a 100 ppm y el empaque seleccionado para la válvula debe estar libre de halógenos.
4) Requisitos para materiales prohibidos
El líquido de pulverización de seguridad del contenimiento causado por el accidente contiene NaOH y boro, por lo que el uso de válvulas de aluminio, zinc o galvanizadas está estrictamente prohibido, y el diseño general debe ser aprobado si se utiliza. No se deben utilizar materiales con bajo punto de fusión, como el estaño y el plomo, en las válvulas. Se prohíbe la galvanoplastia y la nitruración en la superficie en contacto con el medio.
5) Requisitos para LOCA
Las válvulas instaladas en el confinamiento deben cumplir con los requisitos de LOCA, es decir, las válvulas aún pueden operar en el estado de accidentes de pérdida de refrigerante, lo que requiere que los dispositivos eléctricos, instrumentos y otros accesorios seleccionados para las válvulas pasen la prueba LOCA.
6) Requisitos para la estructura
Dado que el medio de la válvula es radiactivo y el entorno donde se ubica presenta una cierta dosis de radiación, es necesario desmontarla y realizar su mantenimiento rápidamente. Por lo tanto, la válvula debe tener una estructura simple y ser fácil de montar, desmontar y mantener. El diseño del flujo del cuerpo de la válvula debe ser suave y el ángulo muerto debe reducirse o evitarse al máximo. La superficie debe ser lisa y fácil de limpiar y enjuagar.
7) Requisitos de seguridad y fiabilidad
Las válvulas desempeñan un papel fundamental en la operación de las centrales nucleares. Su rendimiento afecta directamente a la seguridad de las mismas. Por lo tanto, las centrales nucleares exigen que su rendimiento sea seguro y fiable. Para lograrlo, el fabricante debe seleccionar válvulas típicas y representativas como prototipos antes de suministrar oficialmente sus productos a las centrales nucleares. El prototipo debe someterse a una serie de pruebas, como pruebas de rendimiento en frío, pruebas de simulación en caliente, pruebas de vida útil, pruebas sísmicas y pruebas LOCA, para verificar la seguridad y la fiabilidad del rendimiento de la válvula.
8) Requisitos de resistencia sísmica
Las plantas de energía nuclear requieren válvulas de grado nuclear para seguir manteniendo la integridad de la estructura de la válvula y los límites de soporte de presión, así como buenas características de funcionamiento, durante o después de un terremoto en la planta de energía.
1.1 Fuerza y rigidez
En el diseño, las partes principales de la válvula deben ser capaces de soportar diversas cargas bajo cambios de presión y temperatura constantes o instantáneos, sin presentar deformaciones elasto-plásticas evidentes. Además de los cálculos de resistencia convencionales, se deben utilizar métodos como el análisis de tensiones por elementos finitos y el análisis sísmico para garantizar la fiabilidad de las válvulas.
1.2 Caza de focas
Dado que el fluido de transporte del sistema de circuito primario de un reactor nuclear es mayoritariamente radiactivo, no se permiten fugas externas. Se deben tomar medidas rigurosas y eficaces para garantizar el diseño estructural de la válvula, la selección de sellos como fuelles, diafragmas, empaquetaduras y juntas, y el control de calidad de los materiales y productos terminados. La conexión entre el cuerpo de la válvula y la tubería se realiza principalmente mediante soldadura a tope o por encastre.
1.3 Vida útil
La pérdida económica causada por una parada de un día asciende a decenas de millones de RMB debido a la gran inversión en la construcción de centrales nucleares y al largo periodo de amortización. Por lo tanto, la válvula cumple con las especificaciones de diseño para minimizar el número de reparaciones y acortar el ciclo de reparación. La normativa general exige una vida útil de 30 a 40 años. Por ello, se debe verificar que la válvula sea capaz de completar el ciclo de trabajo especificado según la probabilidad dada.
1.4 Limpieza
El medio transportado en el sistema de bucle primario del reactor nuclear es agua borada de alta pureza. Por lo tanto, no solo se requiere la limpieza de las piezas relevantes en contacto con el medio, sino también de la superficie de las piezas de la cavidad interna que estén en contacto con el medio, y la rugosidad superficial del metal Ra debe ser inferior a 6,3 μm. Todos los cuerpos humanos, objetos, equipos, herramientas y medios en contacto con la válvula deben cumplir con los requisitos de los procedimientos de limpieza pertinentes.
1.5 Seguridad y fiabilidad
Las válvulas deben utilizarse de forma fiable en diversas condiciones de diseño, incluyendo situaciones normales, anormales, críticas y accidentes, e incluso mantener su integridad y operabilidad en caso de terremotos o accidentes con pérdida de refrigerante. Por lo tanto, el prototipo debe probarse en diversas condiciones de trabajo simuladas.
1.6 Propiedades de los materiales
Los materiales seleccionados deben tener buena resistencia a la corrosión, resistencia a la radiación, resistencia al impacto y resistencia a la corrosión intergranular. Por lo tanto, el acero inoxidable austenítico bajo en carbono o incluso ultrabajo en carbono se utiliza como material principal en algunos sistemas principales y elegir algunas aleaciones con un rendimiento superior, como resistencia, tenacidad, resistencia a la temperatura, resistencia a la presión, resistencia a la erosión y resistencia a la abrasión para fabricar vástagos de válvulas o superficies de sellado y otras piezas. Se realizarán diversas propiedades físicas y químicas y pruebas no destructivas según sea necesario. El contenido de iones de cloro, flúor y azufre en materiales de sellado no metálicos, como empaquetaduras y juntas, debe controlarse estrictamente, y todos los datos deben ser inferiores a los indicadores especificados en las especificaciones para garantizar que no se produzcan daños al sustrato metálico debido a la corrosión.
1.7 Dispositivos de control
Las válvulas de las centrales nucleares utilizadas en caso de accidente deben contribuir a la protección del sistema y a la respuesta de emergencia. Una actuación oportuna y precisa es fundamental para estas válvulas, ya sea oportuna pero inexacta o precisa pero inexacta, no puede satisfacer las necesidades de protección de las centrales nucleares. Si la válvula principal de aislamiento de vapor se abre solo durante unos segundos, como se requiere, si la actuación no se realiza a tiempo o si falla, las consecuencias serán graves. Por lo tanto, el rendimiento y la calidad de los actuadores de válvulas son cruciales.
1.8 Especificaciones relacionadas
El personal que participa en el diseño y la fabricación de válvulas para centrales nucleares debe familiarizarse y dominar las disposiciones pertinentes de las normas y regulaciones de seguridad nuclear emitidas por el país, y presentar simultáneamente la solicitud a la autoridad competente y a la Administración Nacional de Seguridad Nuclear. El trabajo solo puede llevarse a cabo tras la emisión de la licencia de las actividades pertinentes, tras el examen y la aprobación de la parte superior correspondiente. En la práctica, es necesario implementar algunas regulaciones y estándares reconocidos en China y en el mundo, como las regulaciones de seguridad nuclear HAF, las directrices de seguridad nuclear HAD, los estándares de la industria nuclear EJ, el estándar ASME de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos, los estándares IEEE del Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos y las reglas francesas de diseño y construcción de equipos mecánicos para reactores de agua a presión de islas nucleares RCC a M y otros documentos normativos. Los estándares empresariales deben basarse en la premisa de garantizar el cumplimiento de las diversas regulaciones y especificaciones mencionadas anteriormente para garantizar que los productos de grado nuclear producidos cumplan con los requisitos reconocidos.
1.9 Control de calidad
Los fabricantes de válvulas para centrales nucleares deben establecer un sistema integral de garantía de calidad, elaborar los programas de garantía de calidad correspondientes y los procedimientos y documentos relacionados para el control de calidad. En sus actividades diarias, deben seguir estricta y rigurosamente el esquema, los procedimientos y los requisitos del documento, y cada paso debe atenerse a las normas. Además, deben aceptar la supervisión e inspección de sus actividades por parte de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear y las partes pertinentes en cualquier momento. En caso de problemas de calidad o no conformidades importantes, la parte responsable no tiene derecho a gestionarlos en privado y debe informar a las partes pertinentes para su resolución.
1.10 Documentación
Desde el inicio de la aprobación del proyecto hasta el proceso de aceptación en fábrica, se debe establecer un expediente completo, incluyendo especificaciones técnicas, planos de diseño, libros de cálculo, incluyendo análisis de esfuerzos y sísmicos, especificaciones de proceso, evaluación de procesos clave, planes de calidad, registros de seguimiento, las propiedades físicas y químicas de varios materiales e informes de pruebas no destructivas, informes de pruebas funcionales, manuales de uso y mantenimiento e informes de finalización de fabricación y otros documentos que se deben proporcionar para su archivo.
1.11 Requisitos especiales para válvulas de centrales nucleares
Dado que los medios, los parámetros técnicos y las condiciones ambientales del circuito primario tienen diferentes requisitos para la seguridad y confiabilidad de las válvulas de las centrales eléctricas convencionales, además de los requisitos generales, existen requisitos especiales como los siguientes:
1) Requisitos de resistencia a la radiación
La radiación acumulada de las válvulas en las centrales nucleares es de 1200.000 GY. Por lo tanto, además de cumplir con el medio de trabajo, los materiales seleccionados para las válvulas también deben ser resistentes a la radiación, es decir, su rendimiento no se verá afectado tras la irradiación ni se activará, es decir, su vida media debe ser corta. Materiales como el cobre y el cobalto deben utilizarse lo menos posible, o incluso no utilizarse. Las aleaciones a base de níquel están listas para su uso en el extranjero, y actualmente, China también está lista para su uso.
2) Requisitos para el sellado
Dado que el medio es agua con boro y radiactividad, la válvula debe tener un buen sellado y ser libre de fugas. El sello de la brida debe ser seguro y fiable. Para garantizar la estanqueidad del vástago de la válvula, se deben utilizar fuelles y un separador de fugas intermedio en la estructura. Para facilitar la limpieza, las superficies interior y exterior de la válvula deben tener cierta rugosidad, y se deben evitar los ángulos muertos en el cuerpo de la válvula para evitar la deposición de partículas radiactivas.
3) Requisitos para empaques y juntas
Debido a los requisitos de calidad del agua del circuito primario, se requieren equipos de acero inoxidable. En especial, en equipos de paredes delgadas, como vainas de elementos combustibles, tuberías de evaporación y fuelles, la corrosión por picaduras causada por iones de cloruro puede dañar la calidad del agua. Por lo tanto, el contenido de iones de cloruro en la junta debe ser inferior a 100 ppm y el empaque seleccionado para la válvula debe estar libre de halógenos.
4) Requisitos para materiales prohibidos
El líquido de pulverización de seguridad del contenimiento causado por el accidente contiene NaOH y boro, por lo que el uso de válvulas de aluminio, zinc o galvanizadas está estrictamente prohibido, y el diseño general debe ser aprobado si se utiliza. No se deben utilizar materiales con bajo punto de fusión, como el estaño y el plomo, en las válvulas. Se prohíbe la galvanoplastia y la nitruración en la superficie en contacto con el medio.
5) Requisitos para LOCA
Las válvulas instaladas en el confinamiento deben cumplir con los requisitos de LOCA, es decir, las válvulas aún pueden operar en el estado de accidentes de pérdida de refrigerante, lo que requiere que los dispositivos eléctricos, instrumentos y otros accesorios seleccionados para las válvulas pasen la prueba LOCA.
6) Requisitos para la estructura
Dado que el medio de la válvula es radiactivo y el entorno donde se ubica presenta una cierta dosis de radiación, es necesario desmontarla y realizar su mantenimiento rápidamente. Por lo tanto, la válvula debe tener una estructura simple y ser fácil de montar, desmontar y mantener. El diseño del flujo del cuerpo de la válvula debe ser suave y el ángulo muerto debe reducirse o evitarse al máximo. La superficie debe ser lisa y fácil de limpiar y enjuagar.
7) Requisitos de seguridad y fiabilidad
Las válvulas desempeñan un papel fundamental en la operación de las centrales nucleares. Su rendimiento afecta directamente a la seguridad de las mismas. Por lo tanto, las centrales nucleares exigen que su rendimiento sea seguro y fiable. Para lograrlo, el fabricante debe seleccionar válvulas típicas y representativas como prototipos antes de suministrar oficialmente sus productos a las centrales nucleares. El prototipo debe someterse a una serie de pruebas, como pruebas de rendimiento en frío, pruebas de simulación en caliente, pruebas de vida útil, pruebas sísmicas y pruebas LOCA, para verificar la seguridad y la fiabilidad del rendimiento de la válvula.
8) Requisitos de resistencia sísmica
Las plantas de energía nuclear requieren válvulas de grado nuclear para seguir manteniendo la integridad de la estructura de la válvula y los límites de soporte de presión, así como buenas características de funcionamiento, durante o después de un terremoto en la planta de energía.
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