核电站人员闸门用O形密封圈研究.pdf

机械工程师
装 MECHANICAL ENGINEER
核电茜人员闻门用0形密封器研究
徐道平
(上海核工程研究设计院,上海200233)
摘要:人员阐门是核电站安全壳的重要组成部分之ー一,能确保安全売压力边界約密封性。间门通过双道0形密封圈来实现
其密封功能,密封圈的材料性能,尤其是老化性能对其密封性与可靠性起着决定性作用。文中结合试验论证,综合分析了密
封圈材料的老化机理和密封性能的可靠性,对多种人员闻门用O形密封图材料进行了热老化、辐照老化试验,并验证了在
LOCA环境下的密封性能,得到了完整试验数据,为核电站密封材料的设计和应用提供了理论及实践依据。
关键词:人员闸门:O形密封圏;老化
中图分类号:TH136
文献标志码:B
文章编号:1002-233312016)10-0132-02
Study on O-ring for Personnel Airlocks in Nuclear Plant
XU Daoping
Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute, Shanghai 200233, China)
Abstract: Persomuuel airloes are important parts of the nuclear power plant containment. They ensure sealing during various
normal and accident conditions. The sealing function is achieved by a dual-channel 0-ring seal. Reliability of the O-ring is
determined by the aging performances of its material. Combining with experimental verification, several new 0-ring
and LOCA environments. The obtained test data can provide supports for the design and application of the sealing material
In nuclear power plants
Key Words: personnel airlock: O-ring: aging
0引言
240
安全壳人员闸门属于核电站安全壳系统,作为安全
壳压力边界的组成部分,在反应堆正常运行工况及异常
运行工况期间,能保证结构完整性和密封性;在事故工况
时能确保安仝壳压力边界该部位的密封性。安全売人员
闻门是安全壳的一部分,与安全壳同时作为放射性物质
120
泄漏的屏障,也是安全壳在事故工况下的最后一道安全
屏障。安全壳人员闸门的密封性主要通过双道O形密封圈
来实现的。
101101010210°10-10310°10710°
本文以人员闻门0形密封圈为研究对象,并对其进行
时问/s
寿命期内可能遇到的各种工况老化模拟试验,根据试验
(a)OCA工况包络温度图
0.
后的性能参数对比,确定最合适的密封材料。
1密封圈性能要求
表1人员闸门0形密封圈本文以某核电机组人员间
温度要求
门为研究对象,其在寿命期内环
参数
数值境参数要求如表1、表2所示。
热老化温度/C150士2
LOCA工况如图1所示。
热老化时间h113
结合目前工程上常用胶
0.1
种,初步选取纯三元乙丙橡胶、稀土改性三元乙丙橡胶
硅氧烷改性三元乙丙橡胶、硅氧烷稀土改性三元乙丙橡
10-110°101021010-105105107105
表2人员门0形密封圈耐辐照要求
时间/s
辐照类别
剂量值
b儿LOCA工况包络压力图
射线累积剂量 fads
2.63X10
图1LOCA工况参数
γ射线最大剂量率( rads-h
4.93x10°
胶、硅橡胶、稀土改性硅橡胶、中苯基硅橡胶、稀土改性丁
β射线累积剂量rads
苯橡胶及稀土改性天然橡胶作为备选材料,进行后续试
B射线最大剂量率( rads."
39x10°
验,共计6种配方。
13212016年第10期网址:www.kgcs.com电邮hrbengineer@163.com
万方数据
机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
2模拟老化试验
伸长率都是正值时,一般认为在硫化橡胶时没有达到正
2.7辐照老化试验
硫点,若继续硫化,则老化试验前的拉伸强度和拉断伸长
根据表2中人员门0形密封圈的耐辐照要求,将初率会有所增加。但无论是欠硫还是达到了正硫点,试验结
步筛选的6种配方材料送入辐照站进行辐照老化试验。果都说明三元乙丙橡胶的耐热老化性能是非常优良的。
经过试验,橡胶分子基团中凡氢含量与轻水中氢含量23IOCA工况老化
相当的材料耐辐照均优。硅橡胶及苯基硅橡胶经辐照后龟
将长度按比例缩小的密封圈安装在试验工装内,模
裂变脆,部分硅橡胶及稀土改性硅橡胶已发生脆裂现象;
其余不同种类硅橡胶均有不同程度发脆或龟裂现象;三元
三元拟人员闸门在关闭时,密封圈被压缩的实际情况。将装有
乙丙橡胶等部分橡胶表面未发生变化。辐照后不同种类O密封圈的工装放入LOCA炉内进行老化试验,LOCA工况
形圈材料检测其物理性能保持率,得到结果见图2。
老化持续1a,炉内的温度及压力变化与图1中的曲线吻
120
拉伸强度
进气口
盖板密封圈试验件
拉断伸长率
100
世默
托板(固定)
图3LOCA试验工装简图
图2辐照后不同櫲胶材料物理性能保持
说明:A为稀土改性三元乙丙橡胶;B为硅氧烷稀土改性三元乙丙橡
胶;C为纯三元乙丙橡胶;D为硅氧烷改性三元乙丙橡胶;E为中苯基
图4主要LOCA试验设备
橡胶;F为稀土改性丁苯橡胶;G为稀土改性天然橡胶
对照上面辐照后结果,大部分稀土改性三元乙丙橡
表4LOCA老化后稀土政性三元乙丙橡胶物理性能
胶及稀土改性丁苯橡胶的2项性能(拉伸强度、拉断伸长
序号
性能参数
LOCA试验前LOCA试验后
率)均在80%以上。根据 Arrhenius公式(GBT20028
邵氏硬度
A58
A60
2005)规定,橡胶老化后物理性能变化50%为临界值(即
拉伸强度/MPa
大于50%为可用状态);大于80%为理想状态。但考虑到丁
拉断伸长率/%
苯橡胶的耐氧老化性能很差,因此人员闻门0形密封圈的
100%定伸应力
理想材枓确定为稀土改性三元乙丙橡胶,并取其中性能
合。LOCA试验工装简图如图3,主要LOCA设备如图4所
最好配方的稀土改性三元乙内橡胶暂定为0形密封圈材不。
料做后续试验。
LOCA工况老化试验后,对试验件进行物理性能检
2.2热老化试验
测,检测结果见表4。
根据表1人员闻门0形密封圈的温度要求,将稀土改