Schieber für Kernkraftwerke

Mit Kernventilen sind die Ventile gemeint, die in Kerninseln (NI), konventionellen Inseln (CI) und Hilfseinrichtungen sowie im Rest des Kerninselsystems (BOP) des Kraftwerks verwendet werden. Diese Ventile können entsprechend ihrer Sicherheitsanforderungen der Reihe nach in die Klassen Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ und nicht nuklear unterteilt werden. Ventile sind die am häufigsten verwendeten Steuergeräte für den Transport von Strömungsmedien und der wesentliche Bestandteil des Kernkraftwerks.

Nuclear Island ist der Kern eines Kernkraftwerks, in dem Kernenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird, einschließlich des Nuclear Steam Supply System (NSSS) und der Nuclear Island Auxiliary Facility (BNI). NCI ist das Arbeitspferd von Kernkraftwerken, in dem Wärme in Elektrizität umgewandelt wird (einschließlich Dampfturbinen bis hin zur Stromabgabe). Der Ventileinsatz in den drei Systemen NI, CI und BOP beträgt 43,51 TP3T, 451 TP3T bzw. 11,51 TP3T.

Ein Kernkraftwerk mit Druckwasserreaktor benötigt etwa 1,13 Millionen NI-Ventile, die je nach Ventiltyp in Schieber, Kugelhähne, Rückschlagventile, Kugelhähne, Absperrklappen, Membranventile, Druckbegrenzungsventile und Regelventile unterteilt werden können. In diesem Abschnitt werden hauptsächlich Schieber der nuklearen Sicherheitsklassen (Spezifikationen) Ⅰ und Ⅱ vorgestellt.

Der Durchmesser von Schiebern für Atominseln beträgt üblicherweise DN 80–350 mm. Schmiedestücke werden empfohlen; sie sollten für Schieberkörper der Klasse Ⅰ verwendet werden, und Gussstücke sind für Schieberkörper der Atomklasse 2 und 3 zulässig. Allerdings werden häufig Schmiedestücke verwendet, da die Gussqualität nicht leicht zu kontrollieren und zu garantieren ist. Der Ventilkörper und die Haube des Atomventils sind üblicherweise durch Flansche verbunden, was einen Lippendichtungsschweißprozess hinzufügt und die Abdichtung zuverlässiger macht. Um ein Austreten des Mediums zu verhindern, wird üblicherweise ein doppellagiges Packungsband verwendet und eine Tellerfeder-Vorspannvorrichtung wird verwendet, um ein Lösen der Packung zu verhindern. Diese Schieber können manuell oder elektrisch angetrieben werden. Der Einfluss der Rotationsträgheit des Motors auf die Schließkraft sollte bei der elektrischen Übertragungsvorrichtung des elektrischen Schiebers berücksichtigt werden. Es ist besser, einen Motor mit Bremsfunktion zu verwenden, um eine Überlastung zu vermeiden.

Entsprechend der Gehäusestruktur können Kernschieber in elastische Keil-Einzelschieber, Keil-Doppelschieber, parallele Doppelschieber mit Federvorspannung und parallele Doppelschieber mit Oberblock unterteilt werden.

Das elastische Keilschieberventil zeichnet sich durch seine zuverlässigen Dichtsitze aus und erfordert eine Winkelanpassung zwischen der Dichtfläche des Schiebers und des Ventilkörpers. Es wird häufig im Hauptkreislaufsystem von Kernkraftwerken verwendet. Das Keilschieberventil mit Doppelplatte ist ein gängiges Ventil in Wärmekraftwerken. Der Winkel des Keils mit Doppelplatte kann selbst eingestellt werden, was eine zuverlässigere Abdichtung und eine bequemere Wartung ermöglicht.

Die Belastung eines parallelen Doppelschieberventils mit Federvorspannung steigt beim Schließen des Schiebers nicht stark an, aber der Schieber gibt beim Öffnen und Schließen nie den durch die Feder gebildeten Ventilsitz frei, was zu einer stärkeren Abnutzung der Dichtfläche führt. Das parallele Doppelschieberventil mit oberem Block bietet eine zuverlässigere Dichtleistung, indem der obere Block verwendet wird, um die geneigte Ebene der beiden Schieber zu versetzen und so den Schieber zu schließen.

Absperrschieber ohne Packung werden auch in der Kerninsel verwendet. Der hydraulisch betriebene Absperrschieber ist auf sein eigenes unter Druck stehendes Wasser angewiesen, um den Kolben zum Öffnen oder Schließen des Ventils zu drücken. Der vollständig geschlossene elektrische Absperrschieber verwendet einen speziellen Motor, um den Schieber mithilfe eines inneren Planeten-Verzögerungsmechanismus zu betreiben, der in Wasser eingetaucht ist. Diese beiden Absperrschieber haben jedoch die Nachteile einer komplexen Struktur und hoher Kosten.

Im Allgemeinen sollten Absperrschieber für nukleare Inseln folgende Merkmale aufweisen:

1) Geschweißtes hydraulisches Doppelschieberplatten-Parallelschieberventil mit einem Nenndruck PN17,5 MPa, einer Betriebstemperatur von bis zu 315 °C und einem Nenndurchmesser von DN350–400 mm.

2) Das elektrische Keil-Doppelschieberventil wird im Primärkreislauf eines Leichtwasserkühlmittels eingesetzt und hat einen Nenndruck von PN 45,0 MPa, eine Temperatur von 500 °C und einen Nenndurchmesser von DN 500 mm.

3) Das elektrische Keil-Doppelschieberventil, das im Hauptstrang eines Kernkraftwerks mit graphitmoderiertem Reaktor verwendet wird, sollte einen Nenndruck von PN 10,0 MPa, einen Nenndurchmesser von DN 800 mm und eine Betriebstemperatur von bis zu 290 °C haben.

4) An Dampf- und Prozesswasserleitungen von Dampfturbinenanlagen mit einem Nenndruck von pn2,5 MPa, einer Betriebstemperatur von 200 °C und einem Nenndurchmesser von DN100–800 mm wird ein elektrischer Schieber mit verschweißter Platte eingesetzt.

5) Das Doppelschieberventil mit Umleitungsloch wird in Hochleistungs-Kernkraftwerken mit Graphit-moderiertem Siedewasserreaktor verwendet. Sein Nenndruck beträgt PN8,0 MPa, während das Öffnen oder Schließen des Ventils bei einem Druckabfall von ≤1,0 MPa erfolgt.

6) Elastische Plattenschieber mit gefrorener Dichtungspackung sind ideal für Kernkraftwerke mit schnellem Reaktor.

7) Selbstdichtendes, innendruckfestes Doppelschieberventil mit Deckel und Keilform für eine Wasser-Kraft-Reaktoreinheit mit einem Nenndruck von pn 16,0 MPa und einem Nenndurchmesser von DN 500 mm.

8) Keilförmige Doppelschieberventile mit Schmetterlingsfedern am Hubteil werden normalerweise verschraubt, geflanscht und dicht verschweißt.