介紹了核電閥門相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定及其產(chǎn)品的特殊性、安全性和可靠性。分析了國(guó)內(nèi)外核電閥門在企業(yè)管理、閥門研發(fā)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)制造工藝及輔助加工設(shè)備等方面的能力與水平。提出了核電閥門產(chǎn)業(yè)應(yīng)列入國(guó)家核電成套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化計(jì)劃，整合國(guó)內(nèi)相關(guān)資源和集中人力、資金進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和科研攻關(guān)，促使核電閥門國(guó)產(chǎn)化并逐步向高端領(lǐng)域發(fā)展的建議與設(shè)想。

1、概述

　　在實(shí)現(xiàn)低碳、環(huán)保、綠色及可持續(xù)發(fā)展并積極發(fā)展核電等清潔高效能源的形勢(shì)下，核電閥門的國(guó)產(chǎn)化能力起到至關(guān)重要的作用。閥門在核電站設(shè)備中雖然不是主設(shè)備，但卻是核電站安全運(yùn)行不可或缺的關(guān)鍵附件，其主要作用是控制并調(diào)節(jié)核電站管道內(nèi)介質(zhì)的流量、溫度、壓力及流向等，還對(duì)其他壓力容器如穩(wěn)壓器及蒸發(fā)器等起保護(hù)作用。雖然核電站用閥門的工作溫度和壓力等參數(shù)比常規(guī)火電站用閥門低，但是由于核電站具有其設(shè)備的特殊性、安全性和可靠性，因此對(duì)核電閥門產(chǎn)品提出了遠(yuǎn)高于普通工業(yè)設(shè)備的要求。同時(shí)，在核電閥門的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中，有著比常規(guī)閥門更多的測(cè)試要求，以及更嚴(yán)苛的合格標(biāo)準(zhǔn)。

2、閥門特性

　　根據(jù)核電閥門相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，核電站閥門安全等分為核一級(jí)、核二級(jí)、核三級(jí)和NC 級(jí)，其中核一級(jí)要求最高。以福清核電工程為例，2個(gè)百萬(wàn)千瓦壓水堆核電機(jī)組，所需閥門約2. 8 萬(wàn)臺(tái)( 表1 ～ 表3) 。

表1 核電站閥門分布

表2 不同安全級(jí)別閥門數(shù)量

表3 進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)閥門數(shù)量及金額對(duì)比

　　從表1 ～ 表3 可以看出，進(jìn)口閥門數(shù)量只占到閥門總數(shù)的4. 3%，而其金額卻占到所有總金額的58%。由此可見(jiàn)，在核電閥門附加值較高的高端領(lǐng)域，進(jìn)口閥門仍然占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。伴隨著中國(guó)整個(gè)核電產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)核電閥門制造廠逐漸進(jìn)入原本被國(guó)外廠家所壟斷的核一級(jí)閥門高端市場(chǎng)，從福清核電1、2 號(hào)機(jī)組產(chǎn)品采購(gòu)數(shù)據(jù)分析，已國(guó)產(chǎn)化的核一級(jí)閥門多數(shù)是核一級(jí)止回閥和部分核一級(jí)閘閥，總計(jì)有142 臺(tái)。但是，在核一級(jí)閥門領(lǐng)域的進(jìn)口閥門仍然以29% 的核一級(jí)閥門數(shù)量，占據(jù)了79%的核一級(jí)閥門總采購(gòu)金額。

3、企業(yè)現(xiàn)狀

　　從數(shù)據(jù)的分析可以看出，目前福清核電站用閥門數(shù)量上超過(guò)95%的閥門為國(guó)內(nèi)制造，但是在產(chǎn)品金額上國(guó)產(chǎn)閥門無(wú)論是核一級(jí)高端領(lǐng)域，還是全部核電站閥門都遠(yuǎn)低于進(jìn)口閥門，即國(guó)產(chǎn)核電閥門絕大多數(shù)都集中于數(shù)量大、價(jià)格相對(duì)低的核三級(jí)和非核級(jí)領(lǐng)域，而一些高端的核一、核二級(jí)閥門如核一級(jí)電動(dòng)閘閥、核一級(jí)調(diào)節(jié)閥、主蒸汽隔離閥、主蒸汽安全閥及主給水調(diào)節(jié)閥等附加值極高的關(guān)鍵閥門，目前還不具備國(guó)產(chǎn)化的能力，均被國(guó)外廠家壟斷。與國(guó)外閥門行業(yè)研發(fā)、制造水平相比，國(guó)內(nèi)廠家還有較大差距，主要體現(xiàn)在企業(yè)管理、產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)能力、閥門加工設(shè)備、生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品上下工序輔助制造能力等方面。

3.1、管理水平

　　與國(guó)內(nèi)大多數(shù)制造行業(yè)一樣，當(dāng)前國(guó)內(nèi)核電閥門企業(yè)的粗放式管理未得到徹底扭轉(zhuǎn)。雖然諸如6S 管理、6Sigma 管理、核電設(shè)備質(zhì)保體系以及核電設(shè)備質(zhì)量理念等均在執(zhí)行，但是實(shí)際執(zhí)行效果與國(guó)外先進(jìn)管理體系相比，其軟實(shí)力的差距還遠(yuǎn)大于生產(chǎn)設(shè)備等硬實(shí)力的差距。

3.2、研發(fā)設(shè)計(jì)

　　與國(guó)外著名核電閥門生產(chǎn)廠家相比，國(guó)內(nèi)閥門設(shè)計(jì)水平相差較大。至今一些關(guān)鍵閥門的設(shè)計(jì)制造仍然未能取得突破。對(duì)于核電閥門的應(yīng)力計(jì)算、抗震分析、疲勞分析及抗震分析等，國(guó)內(nèi)廠家很少能完整掌握，必須委托設(shè)計(jì)院或高校進(jìn)行，一定程度上限制了企業(yè)的研發(fā)能力。

3.3、加工設(shè)備及生產(chǎn)工藝

　　目前國(guó)內(nèi)核電閥門企業(yè)機(jī)加工設(shè)備主要以萬(wàn)能機(jī)床為主，制造精度低，生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性及統(tǒng)一性稍差。而在國(guó)外得到普遍應(yīng)用的數(shù)控機(jī)床目前在國(guó)內(nèi)還未大量普及，采用數(shù)控機(jī)床能大幅提高產(chǎn)品加工精度，保證產(chǎn)品尺寸及質(zhì)量的統(tǒng)一性。

3.4、產(chǎn)業(yè)上下游輔助制造能力

　　(1) 鑄造能力

　　核級(jí)閥門對(duì)鋼水的化學(xué)成分、均勻度等有較高要求，而對(duì)氣孔、夾雜等鑄造缺陷要求較一般常規(guī)產(chǎn)品更嚴(yán)苛。因此，這對(duì)于煉鋼設(shè)備及澆注工藝提出了更高要求。國(guó)外普遍使用的精煉工藝，如AOD爐等，以及在鑄件造型工藝上，使用蠟?zāi)ｈT造等精密鑄造工藝，是核級(jí)鑄件的首選。國(guó)內(nèi)具備提供核級(jí)閥門鑄件資質(zhì)的企業(yè)不多，核電閥門鑄件訂貨趨于緊張，由此也帶來(lái)了產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、交貨期難以滿足閥門廠家進(jìn)度要求等問(wèn)題。對(duì)于一些大口徑核電閥門鑄件，如代表著核電閥門最高鑄造水平的主蒸汽隔離閥體( DN800) ，國(guó)內(nèi)公司目前處于試制原型件( prototype) 階段。

　　(2) 鍛造能力

　　相比于鑄件，鍛件產(chǎn)品晶間結(jié)構(gòu)均勻、致密，質(zhì)量比鑄件優(yōu)良。目前國(guó)外先進(jìn)閥門企業(yè)越來(lái)越多的使用鍛件取代鑄件，最大的鍛造閘閥口徑能達(dá)到DN600，而且采用的是模鍛工藝，使得閥體閥蓋等鍛件無(wú)論是外觀還是內(nèi)在質(zhì)量都大幅提升。在核電閥門模鍛方面，國(guó)內(nèi)制造水平與先進(jìn)水平相比差距較大。當(dāng)前國(guó)內(nèi)企業(yè)僅能提供小口徑閥門鍛件。

　　(3) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及各種附件的制造能力

　　作為閥門的動(dòng)力裝置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要功能是按照指定命令精確的調(diào)整閥門開(kāi)度，其對(duì)閥門整體質(zhì)量性能有較大影響。目前國(guó)內(nèi)能夠制造提供1E 級(jí)K1 類閥門電動(dòng)裝置、1E 級(jí)K3 類閥門氣動(dòng)裝置。對(duì)于部分技術(shù)要求高、制造難度大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如限位開(kāi)關(guān)及電磁閥等附件、先導(dǎo)式控制系統(tǒng)及用于主蒸汽隔離閥的氣- 液聯(lián)動(dòng)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，產(chǎn)品還需要從國(guó)外進(jìn)口。

　　(4) 試驗(yàn)及測(cè)試條件

　　核電產(chǎn)品因?yàn)槠涮厥庑裕瑢?duì)設(shè)備的可靠性提出較高要求。因此，核電閥門如主蒸汽隔離閥、主蒸汽安全閥等在批量生產(chǎn)應(yīng)用之前需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的樣機(jī)試驗(yàn)。但是目前國(guó)內(nèi)的測(cè)試條件及設(shè)備非常有限，如用于主蒸汽隔離閥的模擬主蒸汽管道破裂工況的試驗(yàn)臺(tái)架，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有。其他諸如模擬一回路的熱態(tài)試驗(yàn)、冷態(tài)試驗(yàn)等試驗(yàn)臺(tái)架也不夠完備，限制了國(guó)內(nèi)新的閥門產(chǎn)品的研發(fā)制造。

3.5、國(guó)外主要核電閥門概況

　　目前，國(guó)外核電閥門供應(yīng)商絕大多數(shù)為法國(guó)以及美國(guó)公司，由于現(xiàn)階段中國(guó)機(jī)組采用法國(guó)技術(shù)體系的較多，因此法國(guó)閥門供應(yīng)商占據(jù)多數(shù)。另外有少量英國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)及日本等公司參與核電閥門供應(yīng)。在給福清核電工程供應(yīng)閥門的公司中，美國(guó)1家( 提供主蒸汽隔離閥) ，德國(guó)1 家( 提供常規(guī)島閘閥) ，法國(guó)為7 家( 提供穩(wěn)壓器安全閥、核級(jí)調(diào)節(jié)閥等) 。國(guó)內(nèi)約14 家，國(guó)內(nèi)核電閥門絕大多數(shù)集中在產(chǎn)業(yè)鏈下游，數(shù)量雖然巨大，但是產(chǎn)品附加值較低。

圖1 核電閥門測(cè)試回路

4、國(guó)產(chǎn)化分析

4.1、研發(fā)能力

　　近幾年，在國(guó)家政策扶持下，經(jīng)過(guò)重大技術(shù)裝備科研攻關(guān)、引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)消化、與國(guó)外廠家合作等途徑，部分國(guó)內(nèi)核電閥門企業(yè)在核電閥門研發(fā)、制造方面取得了不少突破。如2009 年，某閥門公司研發(fā)的核電穩(wěn)壓器比例噴霧閥樣機(jī)通過(guò)專家鑒定，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。同時(shí)，該公司新研發(fā)的核一級(jí)電動(dòng)截止閥、核二級(jí)氣動(dòng)球閥、核二級(jí)平行雙閘板電動(dòng)閘閥、核二級(jí)W 型電動(dòng)閘閥( 公稱通徑200mm，設(shè)計(jì)壓力6. 4 MPa) 等產(chǎn)品也達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。而另一閥門公司開(kāi)發(fā)的核一級(jí)止回閥、核一級(jí)截止閥、核一級(jí)閘閥及核二級(jí)止回閥、核二級(jí)截止閥、核二級(jí)閘閥均通過(guò)了國(guó)家級(jí)鑒定，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，大大的推進(jìn)了核電閥門國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程。同時(shí)，國(guó)內(nèi)也正在興建首臺(tái)核電站安全閥試驗(yàn)臺(tái)架，將極大緩解國(guó)內(nèi)核電站安全閥試驗(yàn)臺(tái)架緊缺的局面。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有供貨業(yè)績(jī)的核電閥門主要是部分核級(jí)閘閥、截止閥和所有的止回閥、球閥以及一些隔膜閥和調(diào)節(jié)閥等。目前已通過(guò)樣機(jī)鑒定但是沒(méi)有供貨業(yè)績(jī)的有穩(wěn)壓器噴淋閥等，而主蒸汽隔離閥的國(guó)產(chǎn)化，當(dāng)前正在和國(guó)外廠家談判中。

　　目前尚不具備生產(chǎn)條件的有主蒸汽安全閥、大氣排放閥、穩(wěn)壓器安全閥及先導(dǎo)式安全閥等核電關(guān)鍵閥門，以及部分大口徑電動(dòng)閘閥，這些閥門的數(shù)量只占核電閥門總數(shù)的2% 左右，但其合同額卻占40%左右。對(duì)于這一批閥門，依托當(dāng)前國(guó)內(nèi)眾多核電建設(shè)項(xiàng)目，可以采取技術(shù)引進(jìn)、合資，以及技術(shù)攻關(guān)等方式，有選擇、有步驟的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化。

4.2、發(fā)展前景

　　國(guó)內(nèi)大多數(shù)在建核電站技術(shù)上屬于二代加( 基于法國(guó)技術(shù)的M310 堆型) 。目前，以AP1000、EPR為代表的第三代核電技術(shù)正在建設(shè)。以高溫期冷堆為代表的第四代核電技術(shù)在2012 年末獲準(zhǔn)開(kāi)工建設(shè)。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)核電發(fā)展態(tài)勢(shì)分析，未來(lái)若干年內(nèi)AP1000 技術(shù)將是國(guó)內(nèi)主流。基于AP1000 技術(shù)路線的特點(diǎn)，閥門數(shù)量大幅度減少，主要閥門供應(yīng)商也必將從M310 堆型的法國(guó)轉(zhuǎn)移到美國(guó)。國(guó)內(nèi)一些主要閥門廠家也開(kāi)始掌握新的核電技術(shù)，如AP1000的真空爆破閥樣機(jī)已連續(xù)多次進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。而在AP1000 新技術(shù)中被淘汰的閥門如隔膜閥等，也將向調(diào)節(jié)閥領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)變。

4.3、建議

　　(1) 核電閥門產(chǎn)業(yè)應(yīng)列入國(guó)家核電成套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化計(jì)劃。制定核電閥門行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，以保證核電閥門行業(yè)持續(xù)和穩(wěn)定的發(fā)展。

　　(2) 整合國(guó)內(nèi)各相關(guān)研究設(shè)計(jì)院、高校及企業(yè)等相關(guān)資源，組建國(guó)家核電閥門實(shí)驗(yàn)基地，加強(qiáng)核電閥門測(cè)試的能力。

　　(3) 做好配套行業(yè)的規(guī)劃。對(duì)于上下游如鑄鍛供應(yīng)商、執(zhí)行機(jī)構(gòu)供應(yīng)商、電氣附件供應(yīng)商等統(tǒng)籌規(guī)劃，完善核電閥門產(chǎn)品供應(yīng)鏈。

　　(4) 加強(qiáng)核電閥門樣機(jī)的鑒定管理，達(dá)到合理的通過(guò)率，以維護(hù)樣機(jī)鑒定的權(quán)威性、嚴(yán)肅性和可信性。

5、結(jié)語(yǔ)

　　核電閥門企業(yè)在管理上應(yīng)以國(guó)際先進(jìn)企業(yè)為榜樣，改變國(guó)內(nèi)的粗放式管理，集中人力和資金進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)及科研攻關(guān)，促使產(chǎn)品逐步向高端核電閥門領(lǐng)域發(fā)展。在國(guó)內(nèi)巨大的核電市場(chǎng)下，閥門企業(yè)應(yīng)該在技術(shù)提升和管理提升的保證下，謀求企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，從而實(shí)現(xiàn)更多核級(jí)閥門的國(guó)產(chǎn)化。