核能中工程密封解决方案三部曲之二 —数十年的密封专业知识：从密封鉴定实验室到可信赖的全球核工业顾问

这篇文章（核密封讲解第二篇）描述了压水堆核电站（PWR NPP）基地安装的合格密封产品，法兰组件和密封系统的开发和持续改进，以及重要的组织变更 和生产改进

01 密封研究实验室是工程和合格的PWR NPP密封解决方案的关键

1970年代初期，法国开始建造其核电厂，并开始建设和运营用于民用铀生产的欧洲气态扩散铀浓缩联合会（EURODIF）工厂，作为其不断发展的核电工业的一部分。从一开始，人们就认识到，核能的生产需要高水平的性能和安全性。为了确保满足这些标准，核密封技术是通过科学技术合作的综合过程实施的。该认证过程对密封解决方案进行了测试，以确保其精确的密封能力和技术可行性。

因此，法国替代能源和原子能委员会（CEA）与Technetics Group合作，在Pierrelatte建立了一个联合密封实验室，并开始了测试和鉴定过程。

图1：Pierrelatte密封实验室

该实验室将CEA的全面核专业知识和能力与高度专业化，技术创新的公司在密封方面的专业知识相结合。在密封性能方面进行的工作是为了维持该特定产品组合的资格并确保其在未来的资格。

通过整合到法国核部门的整个系统以及在领先的核能和电力技术供应商中，NPP运营公用事业和主要的IV代研究计划（ITER，ASTRID，ALLEGRO等）的国际合作性质内， 实验室不仅是一个具有长期经验的科学技术中心，还得到来自全球核电厂和设施运营和维护的持续反馈。

图2：定义密封性能的溶液循环

这种集成还可以为几乎所有类型的NPP技术提供经验，反馈和理解。实验室中的各个测试台可以模拟明确定义和测量的工作条件，以监控密封件的性能和特性。这些测试是提供和维护核工业中经过工程认证的密封解决方案最大的产品组合的关键。

此类研究和开发的最初里程碑包括使用弹簧通电金属密封件的金属对金属密封技术的鉴定和基准测试。这项技术在业界广为人知，称为HELICOFLEX®，最早应用于EURODIF浓缩厂的设备。因此，该系统和其他类型的工程密封解决方案是在金属对金属概念的基础上创建和设计的，以便满足针对各种密封任务的特定定义的密封性能要求。这些通电弹簧的金属密封件广泛应用于整个核电站（图3）和其他形式的核电站设备中的各种组件和系统中。

图3：工程解决方案为要求苛刻的ENVIRONMENTS®

02 核电厂的运行期的性能挑战

如今，共有437个商业核动力反应堆在31个国家/地区运行（ENS，2013年1月）。这些工厂中有一半以上已经运行了20多年，其中大多数依靠压水反应堆系统。这些系统运行了大量的工作时间（数千万美元），并且为设计和技术提供商提供了大量的各自的工作经验和反馈。

铀浓缩和核燃料生产商在运行过程中用于放射性废物和废燃料的运输，处理和临时存储的设施和容器技术，积累了大量的核技术设备使用信息。这为具有密封解决方案创建背景和经验的核电厂和核组件供应商创建了大量数据，同时提供了对密封和相应NPP组件在长时间的使用中长期特性的深入了解。

由于密封性能是密封系统负荷和密封功能区域的函数，因此，西屋电气公司（这是许多压水反应堆系统的来源）为这两项主要性能设定了5％的初始标准度量。他们指出，密封件必须保持“最大载荷”（图4），这会挑战密封件的弹性，而“最小接触密封件面积才能使密封应力最大化”，这要利用弹性密封件的可塑性和密封能力。

图4：自1950年代末开始适用的密封压缩通用公式

操作和维护经验证明，密封机械组件的寿命和特性会随着它们的老化而变化。诸如表面波纹度之类的特性会随着时间的流逝而增加，并影响机械组件的压紧行为，因此会影响密封件的弹性公差。

此外，设备的组件法兰及其配合表面的操作周期通常受到诸如硫，卤素和氯化物等侵蚀性物质驱动的腐蚀的影响。随着时间的流逝，这会与法兰的原始设计背道而驰，从而减少了密封连接并达到了规定的密封性能。结果，机械组件的表面状况发生变化，并且密封件面临补偿这些变化的状况的额外负担。

在NPP的运行过程中，高温和高压会导致装配几何体内部出现称为“法兰旋转”或“法兰移动”的情况。这些变形会对密封解决方案产生负面影响，因此需要NPP操作员要求更多的弹性，弹性密封，以为延长使用寿命做好准备。此外，第三代+核电站的设计使用寿命为60年，具有更高的功率输出能力，要求部件，法兰和密封件的几何尺寸更大。

适用的密封材料的可扩展性和弹性受到金属性能以及设计和生产技术的限制。因此，所需的解决方案要求的弹性和可塑性特性比历史5％的密封压缩标准要高得多（图4）。

将工程密封解决方案嵌入一个周期中（图2）似乎是一个开创性的概念，并且是在苛刻环境中当前和将来进行密封任务的一种有前途的方法。专门实验室有助于积累现有NPP升级过程中的长期经验，从而提高安全性，性能和技术支持。结果导致了更复杂的密封设计和更高的密封压缩度，确保弹性和可塑性仍然是密封性能最重要的方面。

这些成就的具体结果将在第三篇文章中进行介绍。

关于Technetics集团

作为EnPro Industries（纽约证券交易所代码：NPO）的一部分的Technetics集团为以下领域提供创新的解决方案：

从核反应堆压力容器到航空发动机以及世界上最关键和最苛刻的应用。Technetics Group是全球公认的工程组件，密封件，组件和子系统的来源，这些组件是为半导体，航空航天，发电，石油和天然气，医疗和其他行业中的高性能和极端应用量身定制的。