壓力容器水壓試驗控制

白福巖

摘 要：壓力容器作為核電設(shè)備生產(chǎn)制造過程中最關(guān)鍵的裝置之一，可以通過水壓試驗的方式評估其密封性，焊接接縫的可靠性，以及整個容器的結(jié)構(gòu)強度是否符合設(shè)計要求。文章分析了核電站壓力容器在水壓試驗中的控制要點，并就水壓試驗中的應(yīng)變測試問題進(jìn)行探討，望能夠在后續(xù)實踐中引起工作人員的關(guān)注與重視。

關(guān)鍵詞：壓力容器；水壓試驗；控制

核電站壓力容器需要長期工作于高溫、高壓、以及高輻射環(huán)境下，具有厚壁、高壓的特點。核電站壓力容器主要由容器密封環(huán)、過渡段、下封斗、堆芯段筒體、頂蓋組件、以及接管段筒體這幾個部分構(gòu)成。堆芯部件需要由核電站壓力容器提供支撐作用力，處于一回路壓力邊界，在安全等級、抗震等級、質(zhì)量等級、以及設(shè)計等級方面均需要遵循I級標(biāo)準(zhǔn)。因此，如何保障壓力容器的穩(wěn)定、可靠運行，對于整個核電站的安全生產(chǎn)而言是非常重要的。水壓試驗?zāi)軌驕?zhǔn)確評估所制造核電站設(shè)備的密封性，焊接接縫的可靠性，以及整個容器的結(jié)構(gòu)強度是否符合設(shè)計要求。文章即就此類壓力容器在水壓試驗中的控制要點進(jìn)行分析探討。

1 水壓試驗控制要點

1.1 清潔控制

在核電站壓力容器進(jìn)行水壓試驗前，需要安排專人遵循程序文件要求，對壓力容器內(nèi)部、外部表面清潔度進(jìn)行檢查，確保在進(jìn)行水壓試驗的過程當(dāng)中，表面不殘留油漆、劃線、或液體滲透痕跡，對標(biāo)記膠帶以及油脂痕跡進(jìn)行清除。

1.2 水質(zhì)控制

結(jié)合國際標(biāo)準(zhǔn)《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則》來看，在核電站壓力容器進(jìn)行水壓試驗時，對相關(guān)指標(biāo)的要求非常嚴(yán)格，因此也對試驗中的用水水質(zhì)提出了較高要求。在《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則》當(dāng)中已經(jīng)明確規(guī)定了水壓試驗用水應(yīng)當(dāng)符合B級水要求（即：電導(dǎo)率=20.0us/cm；氯含量=0.15*10-6；氟含量=0.15*10-6；酸堿值=6.0～8.0）。除對水質(zhì)有嚴(yán)格要求以外，在水壓試驗中還需要對用水溫度進(jìn)行整體控制。本環(huán)節(jié)中需要遵循的控制要點有以下幾個方面：第一，核電站壓力容器外壁溫度應(yīng)≥產(chǎn)品部件構(gòu)成部分最高韌性脆度+30.0℃；第二，外壁溫度應(yīng)≤60.0℃；第三，大螺栓與容器溫度差異應(yīng)≤20.0℃。為了滿足以上標(biāo)準(zhǔn)，在水壓試驗中需要利用傳感器配合數(shù)顯自動記錄儀全面檢測水體溫度，以確保質(zhì)量控制有效。

1.3 壓力表控制

在核電站壓力容器水壓試驗過程中，需要按需配置2*壓力表，壓力表示值可以直接讀取，豎直安裝，對壓力表最大量程的要求為40.0MPa，精度級別可達(dá)到0.4級，且必須經(jīng)過有資質(zhì)計量單位的標(biāo)檢后方可應(yīng)用于試驗現(xiàn)場。

1.4 密封控制

在圍繞核電站壓力容器進(jìn)行水壓試驗的過程當(dāng)中，密封環(huán)節(jié)的控制質(zhì)量將直接決定水壓試驗的成敗。核電站壓力容器水壓試驗壓力為設(shè)計壓力*1.33，如何克服大直徑以及的多通口的密封難度是值得關(guān)注的問題之一。主要的密封控制措施有以下兩個方面：

第一，對筒體法蘭件與頂蓋法蘭件的密封控制：本區(qū)域的密封利用雙道金屬環(huán)C環(huán)進(jìn)行密封，配合主螺栓進(jìn)行鎖緊。這種方案的特點是封口直徑大，螺栓有緊密的預(yù)緊程序，在定量拉伸方面有嚴(yán)格要求，因此螺栓預(yù)緊力控制非常嚴(yán)格，再加上C金屬環(huán)表面鍍銀處理，能夠起到促進(jìn)密封面微隙彌合的目的，提高密封可靠性。

第二，對進(jìn)口接管與出口接管的密封控制：核電站壓力容器需要同時完成6根進(jìn)口/出口接管的密封工作，根據(jù)設(shè)備制造協(xié)議要求，本部分禁止使用焊接密封，因此必須采取機(jī)械密封方案，通過接管密封工裝的方式達(dá)到良好的密封效果。

1.5 升壓控制

在核電站壓力容器壁金屬溫度與液體溫度達(dá)到接近狀態(tài)時，可緩慢進(jìn)行升壓操作。在壓力容器水壓試驗的過程當(dāng)中，升壓/降壓均需要分級穩(wěn)定開展：在17.23MPa壓力范圍內(nèi)，升壓/降壓的操作速度需要控制在0.2MPa/min范圍內(nèi)，在17.23MPa壓力范圍外，升壓/降壓的操作速度需要控制在0.1MPa/min范圍內(nèi)。各個階段的壓力均需要確保壓力維持一定時間，以便在各等級壓力條件下進(jìn)行泄漏檢查與變形試驗。在壓力提升至最高值22.9MPa時，壓力維持時間需要達(dá)到0.5h以上，以確保水壓試驗數(shù)據(jù)的可靠。

2 應(yīng)變測試相關(guān)問題分析

2.1 選取合適的應(yīng)變片

核電站壓力容器外部為空氣環(huán)境，因此應(yīng)變片可直接選擇普通應(yīng)變片，壓力容器內(nèi)部為高壓水環(huán)境，則需要選擇能夠適用于高壓水工況的應(yīng)變片。在水壓試驗過程當(dāng)中，為了確保應(yīng)變片能夠在高壓水環(huán)境中達(dá)到絕緣要求，還需要對其進(jìn)行防水處理，并做好外部防護(hù)工作，以免其對壓力容器內(nèi)壁對焊層造成影響。

2.2 水下應(yīng)變片安裝及密封

對于直接粘貼在壓力容器內(nèi)壁上的應(yīng)變片而言，防水密封處理的步驟為：首先，水下應(yīng)變片用502膠粘貼在壓力容器內(nèi)壁上，然后用AK-22膠泥均勻覆蓋應(yīng)變片表面，再使用VM膠帶粘貼在AK-22膠泥周邊，完成兩層密封。密封后應(yīng)變片長引線進(jìn)行固定，固定方法為：根據(jù)實際需求裁剪相應(yīng)的VM膠帶，按照一定的設(shè)計距離標(biāo)準(zhǔn)將引線粘貼在不銹鋼內(nèi)壁上，在滿足固定需求的同時避免對容器內(nèi)壁造成損傷。

2.3 應(yīng)變測試時間要求

在水壓試驗壓力低于17.23MPa的情況下，升壓/降壓操作每間隔2.0MPa需要進(jìn)行一次應(yīng)變測試，而在水壓試驗壓力高于17.23MPa的情況下，升壓/降壓操作每間隔1.0MPa需要進(jìn)行一次應(yīng)變試驗。在對主螺栓進(jìn)行預(yù)緊處理后，各個升壓/降壓階段都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一次應(yīng)變測試，對應(yīng)工作壓力分別為：0MPa→11.48MPa→15.5MPa→17.23MPa→22.9MPa→17.23MPa→15.5MPa→11.48MPa→0MPa。

3 結(jié)束語

通過進(jìn)行水壓試驗的方式，能夠利用所得到的水壓試驗數(shù)據(jù)，分析壓力容器殼體以及焊縫的制造質(zhì)量，評估壓力容器外壁面，主焊縫是否存在滲漏、冒汗或其他異常現(xiàn)象。與此同時，還能夠確保法蘭密封的穩(wěn)定性，觀察是否存在泄漏，密封環(huán)以及密封面質(zhì)量是否能夠符合設(shè)計要求。根據(jù)水壓試驗得出的結(jié)論，能夠有針對性的對壓力容器進(jìn)行改進(jìn)，從而使核電站壓力容器的整體運行水平與性能更加高效、穩(wěn)定。

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