核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗(yàn)流程及傳熱管焊接部分滲漏的處理工藝簡(jiǎn)介

劉玉濤

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連116001）

0 概況

核電站的蒸汽發(fā)生器為了保證各壓力邊界在生產(chǎn)運(yùn)行階段不發(fā)生介質(zhì)滲漏，需在蒸汽發(fā)生器就位安裝完畢，各配套管線都完成連接后，對(duì)產(chǎn)生蒸汽的一側(cè)（簡(jiǎn)稱：二次側(cè)）進(jìn)行壓力試驗(yàn)。同時(shí)驗(yàn)證蒸汽發(fā)生器一、二側(cè)壓力邊界傳熱管及其密封封口焊的可靠性，確保核反應(yīng)堆一回路放射性介質(zhì)不會(huì)進(jìn)入蒸汽回路，若該焊口發(fā)生滲漏將制定專項(xiàng)返修方案進(jìn)行處理。

1 水壓試驗(yàn)

1.1 水壓試驗(yàn)裝置及準(zhǔn)備

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗(yàn)裝置主要包括以下設(shè)備：電加熱水箱、循環(huán)水泵、打壓泵組、蒸汽發(fā)生器手孔連接組件、蒸汽發(fā)生器頂部排氣和測(cè)壓組件、給水管線臨時(shí)接口組件、高壓軟管總成、低壓軟管總成、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。水壓試驗(yàn)裝置投用前壓力穩(wěn)定容器進(jìn)行調(diào)試，該容器制造材料為0Cr18Ni10Ti，容積為110L，其設(shè)計(jì)壓力和溫度均滿足水壓試驗(yàn)裝置調(diào)試要求，容器上安裝有法蘭，與手孔連接組件、給水管線臨時(shí)接口組件和蒸汽發(fā)生器頂部排氣測(cè)壓組件的連接法蘭進(jìn)行配對(duì)安裝?？蚣芷脚_(tái)上相應(yīng)的管線接口和上述現(xiàn)場(chǎng)連接組件之間通過(guò)高壓軟管、低壓軟管進(jìn)行連接，形成環(huán)路。

與蒸汽發(fā)生器二次側(cè)一同進(jìn)行水壓試驗(yàn)的系統(tǒng)有主蒸汽系統(tǒng)、給水流量控制系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和化學(xué)試劑注入系統(tǒng)。如圖1所示。

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)：二次側(cè)設(shè)計(jì)壓力為6.9MPa、二次側(cè)水壓試驗(yàn)壓力為12.8MPa、二次側(cè)容積為164.4m3、連接管線容積為30m3、水壓試驗(yàn)的最低溫度要求為5℃、水壓試驗(yàn)時(shí)蒸汽發(fā)生器筒體外表溫度為30～60℃、試驗(yàn)升降壓速度極限值為0.4MPa/min。

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗(yàn)前需做好如下所示準(zhǔn)備工作：①人員準(zhǔn)備，施工人員（起重工、鉗工、質(zhì)檢員、安全員、現(xiàn)場(chǎng)工作協(xié)調(diào)員）應(yīng)經(jīng)過(guò)相關(guān)的技術(shù)和管理培訓(xùn)，鉗工和質(zhì)檢員要具備執(zhí)行蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗(yàn)檢查的能力；②設(shè)備準(zhǔn)備，水壓試驗(yàn)裝置組裝安置好并經(jīng)調(diào)試可隨時(shí)投入使用，系統(tǒng)補(bǔ)水裝置可用，各類儀表和檢查工具檢驗(yàn)合格滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求；③文件準(zhǔn)備，水壓試驗(yàn)程序和質(zhì)量計(jì)劃已發(fā)布生效并經(jīng)QA和QC檢查放行，系統(tǒng)流程圖可用；④系統(tǒng)準(zhǔn)備，補(bǔ)水、循環(huán)、加熱系統(tǒng)及蒸汽發(fā)生器二次側(cè)都已連接完畢，各邊界都已實(shí)施隔離，系統(tǒng)內(nèi)清潔滿足水壓試驗(yàn)要求；水壓試驗(yàn)流程圖內(nèi)的止回閥閥芯必須拆除，蒸汽管線支架必須進(jìn)行固定，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)上的人孔、眼孔和手孔必須已經(jīng)關(guān)閉，蒸汽系統(tǒng)的安全閥必須安裝水壓試驗(yàn)堵頭，MSIV應(yīng)用額定氮?dú)鈮毫M(jìn)行打開(kāi)/關(guān)閉操作，MSIV旁路閥門要用手動(dòng)操作工具鎖定關(guān)閉，打開(kāi)C、I側(cè)的排水管線、下游MSIV和給水閥門；在脈沖管線中插入專用塞以代替未安裝的傳感器，所有射線檢測(cè)孔塞必須安裝；⑤環(huán)境準(zhǔn)備，水壓試驗(yàn)區(qū)域和所有可能經(jīng)過(guò)區(qū)域都要進(jìn)行檢查確保安全可靠，比如：走道、平臺(tái)、移動(dòng)梯子，試驗(yàn)區(qū)域應(yīng)該用警示繩隔離起來(lái)。

1.2 水壓試驗(yàn)步驟

圖1 水壓試驗(yàn)流程圖

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗(yàn)步驟為：1）加熱過(guò)程，對(duì)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)的水進(jìn)行循環(huán)加熱，使水溫達(dá)到50℃左右，當(dāng)水溫升至50℃時(shí)，停止循環(huán)泵并隔離加熱系統(tǒng)，并在后續(xù)的升壓過(guò)程中若溫度過(guò)低將重新投用加熱系統(tǒng)。2）升壓過(guò)程，檢查水壓試驗(yàn)管線，使用水壓試驗(yàn)升壓泵以不大于0.4MPa/min的速度增加系統(tǒng)壓力：①在壓力到達(dá)5.8MPa時(shí)，保壓至少10min，測(cè)量蒸汽發(fā)生器上部支撐環(huán)上部鍵安裝位置和蒸汽發(fā)生器本體外表面之間的間隙，并將間隙測(cè)量值根據(jù)文件要求進(jìn)行比對(duì)和記錄；②5.8MPa壓力平臺(tái)工作結(jié)束后，升壓至蒸汽發(fā)生器二次側(cè)工作壓力6.9MPa的壓力平臺(tái)，并保壓120min，保壓期間檢查各管線是否發(fā)生跑冒滴漏，確保壓力降在技術(shù)要求范圍內(nèi)，該保壓平臺(tái)的主要目的是保證高壓水有足夠的時(shí)間從蒸汽發(fā)生器傳熱管與蒸汽發(fā)生器一二側(cè)隔板的脹管部位透過(guò)達(dá)到傳熱管管口封口焊位置，以檢驗(yàn)傳熱管管口的封口焊是否會(huì)發(fā)生滲漏，該部分工作也是保證蒸汽發(fā)生器傳熱管封口焊不發(fā)生滲漏的最后一道檢驗(yàn)屏障，因?yàn)楦鶕?jù)相關(guān)文件規(guī)定，該處的滲漏將被視為核級(jí)設(shè)備不可接受；③在6.9MPa的壓力平臺(tái)工作完成后，啟動(dòng)升壓泵，升壓至8.6MPa的壓力平臺(tái)，該平臺(tái)保壓至少10min，期間要對(duì)蒸汽發(fā)生器水壓試驗(yàn)回路進(jìn)行全面檢查，輕微泄漏只要不影響壓力平臺(tái)保持，均可接受；④在8.6MPa的壓力平臺(tái)工作完成后，啟動(dòng)升壓泵，升壓至12.8MPa的最終試驗(yàn)壓力平臺(tái)，該壓力平臺(tái)保壓至少30min，在升壓及保壓期間需要加大對(duì)各試驗(yàn)回路的檢查，保證系統(tǒng)壓力可控，與此同時(shí)傳熱管管口封口焊檢查點(diǎn)將是該壓力平臺(tái)檢查最為關(guān)鍵的部位。3）降壓過(guò)程，繼續(xù)投用升壓泵，通過(guò)開(kāi)啟排水閥門進(jìn)行卸壓，控制降壓速度不得超過(guò)0.4MPa/min，當(dāng)壓力接近大氣壓時(shí)停止升壓泵關(guān)閉排水閥。4）試驗(yàn)結(jié)束，在水壓試驗(yàn)后進(jìn)行系統(tǒng)排水，拆除試驗(yàn)裝置并復(fù)位系統(tǒng)，使用壓縮空氣清楚蒸汽發(fā)生器二次側(cè)管板上的殘余水分，及時(shí)投入二次側(cè)干燥機(jī)，確保蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)部不發(fā)生銹蝕。

2 水壓試驗(yàn)結(jié)果

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗(yàn)合格的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：目檢整個(gè)系統(tǒng)無(wú)系統(tǒng)破口，無(wú)密封法蘭超流量泄漏，單獨(dú)裝置的輕微泄漏或只要不影響繼續(xù)升壓的有限滲漏情況，均可接受。但有一種滲漏情況較為特殊，就是本文多次提及的蒸汽發(fā)生器傳熱管管口封口焊部位的滲漏，雖然傳熱管封口焊部位的滲漏未影響整個(gè)水壓試驗(yàn)進(jìn)程和整體結(jié)果，但作為核一級(jí)設(shè)備的蒸汽發(fā)生器來(lái)說(shuō)，這的缺陷這是不可接受的，若該處發(fā)生滲漏則必須進(jìn)行修復(fù)并要進(jìn)行最高10.2MPa壓力的水壓試驗(yàn)驗(yàn)證。

3 傳熱管滲漏成因及處理工藝

蒸汽發(fā)生器是按《RCC-M壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》進(jìn)行制造，一、二次側(cè)的隔離邊界是由550mm厚的隔板（一回路側(cè)表面堆焊因科鎳材料）和約4500根傳熱管（因科鎳）組成，其形式是在隔板上加工出約9000個(gè)與傳熱管相匹配的管孔，將傳熱管按一定順序插入，并且用脹管機(jī)械將傳熱管經(jīng)過(guò)隔板管孔的部分?jǐn)U張（目的在于使得兩者的間隙減小以防止設(shè)備運(yùn)行期間的回路介質(zhì)過(guò)多沉積），最后將傳熱管管口與隔板表面的因科鎳堆焊層進(jìn)行熱熔合（見(jiàn)圖2、3），確保邊界徹底隔離。在制造組裝過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生傳熱管管口焊接控制不到位，如環(huán)境清潔度、焊接表面清理不徹底、焊接金屬熔池熔合波動(dòng)等等，進(jìn)而造成焊縫內(nèi)部存在夾雜、貫穿性氣孔等缺陷。上述缺陷會(huì)在如下兩種情況下被遺留下來(lái)，一是，這部分缺陷超標(biāo)（大于φ2mm）而未被射線檢測(cè)所覆蓋，因此貫穿性缺陷在水壓試驗(yàn)時(shí)不能承受高壓水，而導(dǎo)致水透過(guò)氣孔擊穿外表極薄的氧化膜發(fā)生邊界滲漏；二是，存在因缺陷位置關(guān)系，貫穿性缺陷在射線檢測(cè)時(shí)顯現(xiàn)的只是一個(gè)缺陷點(diǎn)，并該缺陷點(diǎn)是法規(guī)所允許的（小于φ2mm），進(jìn)而導(dǎo)致不能正確判斷出缺陷類型的可能，使得缺陷被遺留。

圖2 傳熱管管口焊接

圖3 傳熱管焊縫及缺陷示意

上述兩種類型缺陷在某核電站蒸汽發(fā)生器就位后的二次側(cè)水壓試驗(yàn)時(shí)就都被暴露出來(lái)了，在蒸汽發(fā)生器發(fā)生滲漏后查找并比對(duì)制造廠記錄文件及滲漏點(diǎn)結(jié)構(gòu)確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)發(fā)生滲漏的管口一種是超標(biāo)缺陷未被射線檢測(cè)范圍覆蓋，另一種是雖被射線檢測(cè)到但因未超標(biāo)而未要求處理，并且后者的位置恰好在檢測(cè)源與管口延長(zhǎng)線上。圖4便是無(wú)損檢測(cè)未超標(biāo)的發(fā)生滲漏的缺陷，雖然是貫穿性缺陷，但缺陷在檢測(cè)顯示下為一個(gè)未超標(biāo)的點(diǎn)投影。

圖4

當(dāng)蒸汽發(fā)生器發(fā)生滲漏后需要進(jìn)行滲漏原因分析 （如上所述缺陷）、制定缺陷返修處理工藝，待處理工藝得到相關(guān)部門單位（運(yùn)營(yíng)公司、國(guó)家核安全監(jiān)管部門）同意后進(jìn)行工藝實(shí)施。與此同時(shí)在蒸汽發(fā)生器水壓試驗(yàn)結(jié)束后需立即進(jìn)行排水、投入干保護(hù)裝置以防止內(nèi)部生銹等工作。蒸汽發(fā)生器滲漏缺陷處理流程大致為：1）根據(jù)滲漏點(diǎn)缺陷狀況進(jìn)行滲漏原因分析并制定處理工藝；2）缺陷的排查，針對(duì)該滲漏點(diǎn)的焊接人員及焊接設(shè)備所焊接的所有焊接位置進(jìn)行缺陷排查、針對(duì)其他焊接位置按6%的范圍進(jìn)行缺陷排查，同時(shí)提高缺陷判定標(biāo)準(zhǔn)至φ1mm，根據(jù)排查情況進(jìn)行缺陷位置確定和缺陷清除，缺陷清除時(shí)需要注意保證其他位置的清潔度，缺陷位置要做到清除徹底并圓滑過(guò)度無(wú)棱角，除此之外還需確認(rèn)缺陷位置是否發(fā)生過(guò)2次以上的補(bǔ)焊記錄，若發(fā)生過(guò)要將情況報(bào)告給蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)方并取得對(duì)方的答復(fù)意見(jiàn)；3）在確定出所有缺陷后，對(duì)缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)編制處理計(jì)劃，并開(kāi)始實(shí)施缺陷的處理工藝：①對(duì)打磨區(qū)域進(jìn)行目視和尺寸檢查及清潔度檢查；②對(duì)需要處理管束進(jìn)行預(yù)加熱24小時(shí)，排除管束與厚隔板間的水分；③對(duì)需焊接區(qū)域進(jìn)行目視和尺寸及清潔度檢查；④進(jìn)行管束的定位脹并進(jìn)行目視和尺寸檢查；⑤布置焊接工位；⑥按批準(zhǔn)的焊接工藝進(jìn)行手工氬弧焊接，采取逐層焊接打磨目檢檢查，并在最后蓋面前進(jìn)行液體滲透和射線檢查以提高焊接質(zhì)量；⑦焊后的目視、尺寸及液體滲透和射線檢查；⑧對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行清潔。

在蒸汽發(fā)生器所有缺陷點(diǎn)都返修處理完畢，處理結(jié)果得到了監(jiān)理公司、運(yùn)營(yíng)公司確認(rèn)后，按本文所述水壓試驗(yàn)流程進(jìn)行水壓試驗(yàn)，最高試驗(yàn)壓力降低到10.2MPa，在10.2MPa壓力平臺(tái)之前的壓力平臺(tái)檢查和過(guò)程控制均同前。若在水壓過(guò)程中未再發(fā)生傳熱管管口焊縫滲漏問(wèn)題，則結(jié)合兩次的水壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，監(jiān)理公司和運(yùn)營(yíng)公司接受蒸汽發(fā)生器水壓試驗(yàn)結(jié)果，若仍有管束焊口發(fā)生滲漏則仍需按前述處理流程進(jìn)行，直至無(wú)傳熱管管口焊縫滲漏現(xiàn)象。

4 小結(jié)

蒸汽發(fā)生器水壓試驗(yàn)過(guò)程和傳熱管管口焊滲漏處理工藝并不復(fù)雜，但因受國(guó)家核安全監(jiān)管部門對(duì)核級(jí)設(shè)備的監(jiān)管要求，在發(fā)生滲漏后必須在24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行口頭上報(bào)，72小時(shí)內(nèi)進(jìn)行書面報(bào)告，并要將問(wèn)題的根本原因分析、整改措施及缺陷處理工藝上報(bào)國(guó)家核安全監(jiān)管部門，在取得對(duì)方同意后方可進(jìn)行后續(xù)的處理工作，一系列的工作流程及函件往來(lái)都需要時(shí)間窗口，這都影響到核電站相關(guān)工作的進(jìn)展，同時(shí)也造成了大量資源的投入和消耗，該問(wèn)題也提醒我們核電站設(shè)備制造質(zhì)量控制也是建造期間重要的環(huán)節(jié)。

［1］法國(guó)核島設(shè)備設(shè)計(jì)、建造及在役檢查規(guī)則協(xié)會(huì)，編.壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則（RCC-M 2000版+2002補(bǔ)遺）[S].中科華核電技術(shù)研究院有限公司，譯.上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2010，10 ISBN 978-7-5439 4381-0.