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核电阀门的技术现状及发展方向
2013年06月22日      来源:中国机械CAD论坛   关注:136

  随着我国国民经济的持续快速发展,对我国能源行业提出了非常紧迫的要求。目前,从保证我国的能源安全、优化能源结构、支持国民经济可持续发展等多方面迫切需要出发,我国已制订立足于火电,大力发展水电,适度开发新型能源的政策,如核电和风力发电等。我国核电的建设正从试验性、补偿性调整为向战略性和进取性的发展。这对于我国的核电事业是一个极好的发展机会,而核电站阀门的巨大需求则给国内外阀门生产厂商带来了广阔的市场前景。

  核电行业的发展前景

  2.1国际上核电发展现状

  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%,美国也达到了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,使核电建设在其安全性方面产生了理论上的争论,并对其建设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,核电的发展一直停留在这个水平上。

  2.2我国核电发展现状

  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,总装机容量达到870万kW(表1)。

  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,我国开工建设的核电机组就有8套。预计这8套机组全部建成后,我国的核电装机容量将达到900万kW,约占全国总发电能力的2%,并形成浙江秦山、广东大亚湾、江苏田湾三大核电基地。

  另外还计划筹建下列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:规划建设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级新项目。(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设投资高的特点,作为发展中国家,发展核电站的主要困难在于技术储备不足,特别是缺少建设资金。为了解决资金不足问题,我国核电站建设采取了多元化融资,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局面。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%的平均水平。目前核能在我国能源结构中仍滞留在试验性、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则更是微不足道。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。

  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,则每年核电阀门的需求在3.75万台。

  3.2购置费用

  核电工程造价分为基础价(静态投资)、固定价(静态+价差)和建成价(动态投资)。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%,占基础价的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(基础价)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(基础价)的2%左右,即为0.84亿美元,约合人民币6.97亿元。如前所述,在未来的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的基础价计算,即平均每年有52.5亿美元的资金用于核电站建设。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)的巨大市场。当然,如果在核电站建设连续、核电设备批量采购的情况下,核电站的造价(基础价)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)。

  3.3维修费用

  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。而核电运行成本包括投资成本(建成价)、运行维修成本和燃料成本3部分。其中投资成本一般占核电运行成本的57%,运行维修成本占29%,燃料成本占14%。而运行成本中的大修费(维修总额)占核电运行成本的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(基础价)在42亿美元左右,则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,则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)。

  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,设计制造水平还远远落后于科技发达国家,各类阀门的可靠性和配套能力与国际水平仍有较大差距。特别是在核电站用阀门的设计和生产能力上与国外先进水平差距很大。

  (1)重要的核电站阀门技术尚未突破。我国阀门行业已经能够生产核电站用核级闸阀、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水平,而在主蒸气隔离阀、大口径安全阀(DN200mm)等技术含量高的阀门研制和生产上尚未取得重大突破。

  (2)核电阀门总体水平仍然落后于世界先进水平。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。具备在线诊断能力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水平的限制,国内尚不能生产。

  (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打开的时间仅为几秒钟,如果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水平低,仍然停留在国外20世纪七八十年代的水平,与国外先进水平差距较大。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,加工水平有所提高,但行业整体加工能力依然不高。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,劳动生产率低,生产周期长。

  (5)在核电阀门领域将面临国际各大知名企业的有力竞争。国外研制和生产核电阀门已有近50余年的历史,经验丰富,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应堆上(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生产能力的阀门方面,国外阀门企业有着很强的优势。

  阀门生产厂商核电站配套设备

  法国万纳托公司(vanatome)核电站核级阀门核废物处理工厂核级阀门研究实验反应堆及回路核级阀门压水堆主蒸气隔离阀、主蒸气安全释放阀、稳压器安全释放阀、给水旁排阀门、波纹管阀门、截止阀、控制阀、楔式闸阀、平行闸阀、旋启式止回阀、辅助回路安全阀、二回路安全阀、蒸发器安全阀、隔膜阀、多阀组沸水堆快堆气冷堆铀浓堆CANDU重水堆海军核反应堆各类一回路阀门

  维兰(VELAN)秦山一期闸阀、止回阀、蝶阀、球阀等秦山二期全球300多个核电站30万个核级阀门:具备在线诊断能力的核级闸阀、可拆卸阀座的安全壳隔离止回阀、波纹管密封截止阀

  美国安德森·格林伍德阀门有限公司核电站核阀、减压阀、安全阀、调节器

  APCO威勒迈特阀门公司核潜艇止回阀CCI阀门公司核电站核阀、调节阀、控制阀、蝶阀

  科提斯莱特流体控制公司美国海军及核电站控制阀、安全阀、电磁操作隔离控制阀

  克瑞阀门集团公司核电站闸阀、球阀、止回阀、蝶阀、核电阀门、截止阀、铜阀

  展望

  改革开发以来,我国阀门行业得到了快速发展,现已基本形成人才培养、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基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。

  (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,对于系统的安全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取得了一定进展。我国已经能够设计和生产钠冷快中子增殖堆用阀门,能够为国外核电站检修生产部分核级阀门。特别是在核电站反应堆用余热排出系统用低流阻阀门的研制和生产上取得了突破。

  (3)核电领域国产化程度不断提高,对解决阀门配套能力有利。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,对于生产核电阀门企业来讲,在争取国家产业政策支持的基础上,加大自主研发的力度,联合各外协作厂家,可以在阀门驱动装置、控制装置和传动装置等方面取得突破,解决制约阀门整机性能提高的瓶颈问题。

  (4)阀门行业制造管理水平在逐年提高。现在,我国很多阀门企业已不满足于生产中低压、自动化程度低的通用阀门,不满足于粗放的生产管理方式。各企业都在通过不断的进行质量体系认证、国家核安全认证等方式提高企业的质量管理水平,通过不断引进新设备,如数控加工中心、自动焊生产线等提高阀门的加工制造能力,通过建立各型阀门的综合测试中心、专用试验回路,提高对安全阀、节流阀、疏水阀和减压阀等特殊阀门的性能检测水平。

  (5)随着改革开放的不断深入,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水平,完善测试手段和检验方法,最终实现在我国核电阀门领域国产化的目标。

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