核电阀门技术发展方向

学习共享 2021-05-07 00:13 阅读83 评论0 字号： 大 中 小

1 概述

随着我国国民经济的持续快速开展，对我国能源行业提出了非常紧迫的要求。目前，从保证我国的能源平安、优化能源构造、支持国民经济可持续开展等多方面迫切需要出发，我国已制订立足于火电，大力开展水电，适度开发新型能源的政策，如核电和风力发电等。我国核电的建立正从试验性、补偿性调整为向战略性和进取性的开展。这对于我国的核电事业是一个极好的开展时机，而核电站阀门的宏大需求那么给国内外阀门消费厂商带来了广阔的市场前景。

2 核电行业的开展前景 2.1 国际上核电开展现状

在世界范围内，核电已经是成熟的技术。截止2002年底统计，全世界运行中的核电机组有441个，总装机容量3.5~3.6亿kW，约占全球供电量的16.1%。有17个国家核电占其本国总发电量1/4以上，如法国为77%，韩国38%，日本36%，英国28%，美国也到达了20%。但由于受美国三哩岛核事故和前苏联切尔诺贝利灾难性核事故的影响，使核电建立在其平安性方面产生了理论上的争论，并对其建立速度和规模带来了一定的影响。例如，1970年， 核发电量在全球发电总量中仅占2%。到了1988年，这个份额急剧增长到16%。而这两次事故后，到2002年，核电的开展一直停留在这个程度上。

2.2 我国核电开展现状

自从1985年我国自行设计开发建造秦山一期300MW压水堆以来，先后通过自行设计开发、引进国外技术等多种方式建造了秦山一期、大亚湾、秦山二期、秦山三期、岭澳和田湾等6座核电站，总装机容量到达870万kW 〔表1〕。

表1 我国现有核电站统计 2002年，秦山二期1号机组2月并网发电，广东岭澳核电站1号机组5月投入商业运行，秦山三期〔重水堆〕核电站1号机组也成功并网发电。在“九五\"期间，我国开工建立的核电机组就有8套。预计这8套机组全部建成后，我国的核电装机容量将到达900万kW，约占全国总发电才能的2%，并形成浙江秦山、广东大亚湾、江苏田湾三大核电基地。

核电厂 秦山一期 大亚湾 秦山二期 秦山三期 岭澳 田湾 合计 堆型 / 容量 自主开发压水堆 /300 MW 法马通压水堆 /2×900 MW 自主开发压水堆 /2×642 MW 加拿大 CANDU6 重水堆 /2×728 MW 法马通压水堆 /2×984 MW 俄罗斯 VVER-1000 压水堆 /2×1060 MW 运行210万kW ，在建660万kW 。总计870万kW 2004~2005

另外还方案筹建以下4座核电站：

〔1〕秦山核电一期：可扩建一至两台30万kW 机组的核电站； 〔2〕秦山核电二期：预留3、4号机组厂址已完成“四通一平\"工作；

〔3〕三门核电：规划建立6台百万kW 级核电机组，目前，正积极争取一期工程两台百万kW 级新工程。

〔4〕田湾核电站：厂址规模按4台百万kW 级核电机组规划，并留有再建2到4台的余地。 由于核电站具有前期建立投资高的特点，作为开展中国家，开展核电站的主要困难在于技术储藏缺乏，特别是缺少建立资金。为理解决资金缺乏问题，我国核电站建立采取了多元化融资，结果造成核工业企业负债率过高，出现了多种核电站技术并存的场面。广东大亚湾两套机组采用法国技术和设备，秦山三期引进加拿大重水堆机组，江苏连云港田湾核电站用的是俄罗斯VVER堆，就是这一特点的表现。从规模上看，我国发电装机容量已达3.56亿kW，居世界第2位。其中核电机组装机容量仅占0.7%，核能在一次能源消费中仅占0.4%，远低于世界16.1%的平均程度。目前核能在我国能源构造中仍滞留在试验性、补偿性的地位，核电在总发电量中所占比重仍不过0.7%，在一次能源中所占比重那么更是微缺乏道。从速度上看，我国20年建造了6座核电站，而法国在1979年1980年之间就投资开工了7座百万kW 级核电站。

3 核电阀门市场前景与分析 3.1 市场需求

一座有2套百万kW级核电机组的核电站需各类阀门3万台，其中核岛〔NI〕用阀门1.3万台，常规岛〔CI〕用阀门1.3万台， 电站辅助设施〔BOP〕用阀门0.35万台〔表2、表3、表4〕。按每年有250万kW核电机组开工计算，那么每年核电阀门的需求在3.75万台。

3.2 购置费用

表2 典型两套百万 kW 级机组规模压水堆电站的阀门用电量 序号 压水堆核电站组成 阀门配置比例 数量〔万台〕 1 2 3 合计 核岛〔NI 〕 常规岛〔CI 〕 电站辅助设施〔BOP 〕 43.5% 45% 11.5% 3 表3 核岛〔CI 〕的阀门配置情况 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 合计 阀门类型 截止阀 隔膜阀 球阀 止回阀 蝶阀 闸阀 调节控制阀 平安阀 蔬水阀 减压阀 阀门配置比例 33.6% 26.2% 12.8% 7.2% 5.7% 3.5% 2.5% 0.3% 0.2% 数量 〔 台 〕 4368 3406 1664 936 741 650 455 325 39 26 其他阀门 3% 13000 390 表4 核岛〔CI 〕中不同平安等级的阀门配置情况 序号 1 2 3 4 合计 核平安等级 核一级 核二级 核三级 非核级 阀门配置比例 2.3% 30% 22% 45.7% 13000 数量〔台〕 300 3900 2860 5940

核电工程造价分为根底价〔静态投资〕、固定价〔静态+价差〕和建成价〔动态投资〕〔表5和表6〕。其中，阀门的投资额一般占NI、CI、BOP部分设备供应费用的3.8%，占根底价的2%左右。一座有两套百万kW 级机组规模的压水堆核电站其总造价〔根底价〕在42亿美元左右，建成价在53亿美元左

右。其中，阀门的投资额一般占NI、CI、BOP部分设备供应费用的3.8%，在总造价〔根底价〕的2%左右， 即为0.84亿美元，约合人民币6.97亿元。如前所述，在将来的11年间，每年需要有250万kW 核电机组开工，按21亿美元/百万kW 的根底价计算，即平均每年有52.5亿美元的资金用于核电站建立。对于阀门行业意味着每年1.05亿美元〔约合人民币8.71亿元〕的宏大市场。当然，假设在核电站建立连续、核电设备批量采购的情况下，核电站的造价〔根底价〕会降至16亿美元/百万kW左右， 阀门行业的份额会在每年0.8亿美元〔约合人民币6.64亿元〕左右。11年合计8.8亿美元〔约合人民币73.04亿元〕。

表5 国内现有核电厂建立费用 3.3 维修费用 核电厂 堆型 / 容量 建成价 秦山一期，1991年运行以来累计销售收入50亿秦山一期 自主开发压水堆 /300 MW 元， 还贷92%，总计54亿元 大亚湾 秦山二期 秦山三期 岭澳 田湾 MW 法马通压水堆 /2×900 MW 40.7 亿元 自主开发压水堆 /2×642 MW 17.79 亿元 加拿大 CANDU6 重水堆 /2×728 MW 28 亿元 法马通压水堆 /2×984 MW 俄罗斯 VVER-1000 压水堆 /2×1060 34.9 亿元 32 亿元 表6 百万KW 级核电厂根底价分项费用〔70%国产化率〕 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工程名称 前期工程费 NI 、 CI 、 BOP 土建工程费 NI 、 CI 、 BOP 设备供应费 NI 、 CI 、 BOP 安装工程费 给排水、附属消费、生活福利费 设计与工程管理费 工程建立管理费 根本预备费 首炉燃料费 费用 〔 万美元 〕 5146 16954 109100 15005 9997 17456 20514 12038 10000 比例 % 10 11 根底价合计 216207 100 根底价〔单位 kW 价格〔美元〕〕 1081 美元 /kW 根底价〔单位 kW 价格〔人民币〕〕 8972.6 元 /kW

每年核电阀门的维修费用一般占核电站维修总额的50%左右。而核电运行本钱包括投资本钱〔建成价〕、运行维修本钱和燃料本钱3部分。其中投资本钱一般占核电运行本钱的57%，运行维修本钱占29%，燃料本钱占14%。而运行本钱中的大修费〔维修总额〕占核电运行本钱的10%， 以一座有两套百万kW 级机组规模的压水堆核电站为例，其总造价〔根底价〕在42亿美元左右，那么相应的全服役周期的大修费用为7.34亿美元，阀门的维修费用为3.67亿美元，假定核电站的服役周期为20年，那么每年核电站需花费在阀门上的维修费用为0.184亿美元〔约合人民币1.52亿元〕。

4 阀门行业存在的问题

国内的核电装备制造业中的阀门行业，设计制造程度还远远落后于科技兴隆国家，各类阀门的可靠性和配套才能与国际程度仍有较大差距。特别是在核电站用阀门的设计和消费才能上与国外先进程度差距很大。

〔1〕重要的核电站阀门技术尚未打破。我国阀门行业已经可以消费核电站用核级闸阀、止回阀、蝶阀、球阀、隔膜阀等系列阀门。但配套阀门档次不高，在技术层次上处于下游程度，而在主蒸气隔离阀、大口径平安阀〔DN200mm〕等技术含量高的阀门研制和消费上尚未获得重大打破。

〔2〕核电阀门总体程度仍然落后于世界先进程度。如智能型驱动机构目前已较为普遍的应用于国外的阀门行业，但在国内还是空白。具备在线诊断才能的核级闸阀对于核电站的正常运行和故障发现排除具有重要意义，但由于国内自动控制程度的限制，国内尚不能消费。

〔3〕重要的配套装置自动化程度低，可靠性差。对于核电站用阀门来说，在事故状态下动作的及时准确非常重要，如主蒸气隔离阀按要求翻开的时间仅为几秒钟，假设出现动作不及时或误操作都将带来严重的后果。因此，阀门驱动装置的性能和质量非常重要。而我国阀门配套用电动执行机构控制程度低，仍然停留在国外20世纪七八十年代的程度，与国外先进程度差距较大。通用执行机构的控制精度不高，动作不灵敏，与国外同类产品相比还有一定差距。

〔4〕阀门制造工艺落后，管理薄弱。目前，虽然有部分阀门企业得到了国家技改投资，加工程度有所进步，但行业整体加工才能仍然不高。如机械加工大多以万能机床加工为主，只有少数企业拥有部分数控加工中心，劳动消费率低，消费周期长。

〔5〕在核电阀门领域将面临国际各大知名企业的有力竞争。国外研制和消费核电阀门已有近50余年的历史，经历丰富，产品种类齐全，技术先进，性能可靠，而且已成功应用于国内外数百个反响堆上〔表7〕，见表8。特别是在诸如主蒸气隔离阀等国内尚未具备设计消费才能的阀门方面，国外阀门企业有着很强的优势。

表7 国外部分为核电站配套阀门情况

阀门消费厂商 法国 万纳托公司 〔vanatome〕 核电站 配套设备 核电站 核废物处理工厂 研究实验反响堆及回路 压水堆 沸水堆 快堆 气冷堆 铀浓堆 纹 核级阀门 核级阀门 核级阀门 主蒸气隔离阀、主蒸气平安释放阀、稳 压器平安释放阀、给水旁排阀门、波 管阀门、截止阀、控制阀、楔式闸阀、 平行闸阀、旋启式止回阀、辅助回路安 CANDU 重水堆 全阀、二回路平安阀、蒸发器平安阀、 隔膜阀、多阀组 海军核反响堆 秦山一期 各类一回路阀门 闸阀、止回阀、蝶阀、球阀等 秦山二期 维兰 〔VELAN〕 30万个核级阀门：具备在线诊断能 全球 300 多个核电站 力的核级闸阀、可拆卸阀座的平安 壳隔离止回阀、波纹管密封截止阀 美国 安德森·格林伍德 核电站 阀门 APCO威勒迈特阀门公司 CCI阀门公司 科提斯莱特流体控制公司 核潜艇 核电站 美国海军及核电站 止回阀 核阀、调节阀、控制阀、蝶阀 控制阀、平安阀、电磁操作隔离控制阀 闸阀、球阀、止回阀、蝶阀、 克瑞阀门集团公司 核电站 核电阀门、截止阀、铜阀 5 展望

改革开发以来，我国阀门行业得到了快速开展，现已根本形成人才培养、科学研究、产品开发设计和制造较为完善的体系，除少数的特殊产品外，现有产品品种和数量根本上能满足国民经济各部门的需要，具备很大的潜力和优势。

核阀、减压阀、平安阀、调节器 〔1〕部分阀门我国拥有专利。如我国自行设计制造的核岛〔NI〕用全封闭电动闸阀，该阀采用特制的电传动装置和旋转一直线运动传动副，无填料，对于系统的平安运行和简化维护保养都有着积极的意义。

〔2〕在跟踪国外先进技术上获得了一定进展。我国已经可以设计和消费钠冷快中子增殖堆用阀门，可以为国外核电站检修消费部分核级阀门。特别是在核电站反响堆用余热排出系统用低流阻阀门的研制和消费上获得了打破。

〔3〕核电领域国产化程度不断进步，对解决阀门配套才能有利。为降低核电造价，国家在核电产业政策上，积极推动各项重要设备的国产化工作，对于消费核电阀门企业来讲，在争取国家产业政策支持的根底上，加大自主研发的力度，结合各外协作厂家，可以在阀门驱动装置、控制装置和传动装置等方面获得打破，解决制约阀门整机性能进步的瓶颈问题。

〔4〕阀门行业制造管理程度在逐年进步。如今，我国很多阀门企业已不满足于消费中低压、自动化程度低的通用阀门，不满足于粗放的消费管理方式。各企业都在通过不断的进展质量体系认证、国家核平安认证等方式进步企业的质量管理程度，通过不断引进新设备，如数控加工中心、自动焊消费线等进步阀门的加工制造才能，通过建立各型阀门的综合测试中心、专用试验回路，进步对平安阀、节流阀、疏水阀和减压阀等特殊阀门的性能检测程度。

〔5〕随着改革开放的不断深化，我国阀门行业可以加强与国外核电阀门企业的合作，充分利用其先进的技术、资金及管理等优势，提升自身的技术实力和管理程度，完善测试手段和检验方法，最终实如今我国核电阀门领域国产化的目的。