AP1000核電機(jī)組壓力管道水壓試驗(yàn)要素及過程解析

閆晨帥，王維雪（.國核工程有限公司，上海 0033； .新疆電力科學(xué)研究院，烏魯木齊830000）

AP1000核電機(jī)組壓力管道水壓試驗(yàn)要素及過程解析

閆晨帥1，王維雪2
（1.國核工程有限公司，上海 200233； 2.新疆電力科學(xué)研究院，烏魯木齊830000）

核電機(jī)組壓力管道水壓試驗(yàn)是以水作為介質(zhì)在密封狀態(tài)下通過靜壓方式進(jìn)行的耐壓試驗(yàn)，以驗(yàn)證試壓邊界密封性、試壓設(shè)備結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全裕度為目的。文中闡述了壓力管道水壓試驗(yàn)要素及試壓過程，分析了水壓試驗(yàn)影響因素，對AP1000核電機(jī)組壓力管道水壓試驗(yàn)順利完成具有一定的參考意義。

AP1000；壓力管道；水壓試驗(yàn)

1　引言

AP1000核電機(jī)組施工建造過程中包含大量的壓力管道安裝工作，壓力管道系統(tǒng)的密封性和完整性對整個(gè)核電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。水壓試驗(yàn)作為檢驗(yàn)壓力管道強(qiáng)度和密封性的重要手段，必須嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)予以執(zhí)行。

本文主要闡述了AP1000核電機(jī)組壓力管道水壓試驗(yàn)要素及試壓過程，分析了水壓試驗(yàn)影響因素，對AP1000核電機(jī)組壓力管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)具有一定的借鑒意義。

2　試驗(yàn)要素

（1）壓力邊界。AP1000核電機(jī)組壓力管道水壓試驗(yàn)通常以系統(tǒng)為單位作為試驗(yàn)回路，對于較龐大的系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)布置和閥門、排氣口及排水口等管部件設(shè)置劃分為多個(gè)試驗(yàn)回路進(jìn)行試壓。試壓邊界主要由以下幾個(gè)方面確定：1）試驗(yàn)壓力及試驗(yàn)介質(zhì)相同；2）管道等級(jí)相同；3）現(xiàn)場實(shí)際情況等。

試壓邊界的確定應(yīng)保證試壓過程中對所有必須試壓的管道系統(tǒng)及設(shè)備部件進(jìn)行打壓，避免試壓遺漏的同時(shí)亦應(yīng)防止擴(kuò)大試壓邊界以避免低壓設(shè)備或部件損壞。

（2）試驗(yàn)壓力。水壓試驗(yàn)應(yīng)在高于設(shè)計(jì)壓力的情況下進(jìn)行，主要包括以下原因［1］：1）使試壓系統(tǒng)高應(yīng)力區(qū)材料達(dá)到屈服強(qiáng)度，減弱和消除殘余應(yīng)力；2）檢查存在泄漏或破裂隱患的設(shè)備、部件和焊縫等，排除并避免管道系統(tǒng)在正常運(yùn)行工況下發(fā)生泄漏或破裂事故。

核級(jí)安全相關(guān)管道系統(tǒng)最低試驗(yàn)壓力不應(yīng)低于超壓保護(hù)裝置所保護(hù)邊界內(nèi)任何部件最低設(shè)計(jì)壓力1.25倍；在試壓系統(tǒng)內(nèi)任何點(diǎn)的最高允許試驗(yàn)壓力不超過最低試驗(yàn)壓力的6%［2］。

非核級(jí)安全相關(guān)管道系統(tǒng)任何位置處最低水壓試驗(yàn)壓力不應(yīng)低于設(shè)計(jì)壓力1.5倍；最高允許試驗(yàn)壓力不能夠超過任何隔離部件最大允許試驗(yàn)壓力［3］。

（3）試驗(yàn)溫度。水壓試驗(yàn)溫度的確定應(yīng)綜合考慮以下因素：1）試驗(yàn)溫度與環(huán)境溫度之差不宜過大，以避免試壓介質(zhì)向環(huán)境中散熱量過大而使得試壓介質(zhì)溫度降低，對水壓試驗(yàn)質(zhì)量造成影響；2）試驗(yàn)溫度應(yīng)高于環(huán)境露點(diǎn)溫度以防止壓力邊界結(jié)露而無法判斷試壓系統(tǒng)是否泄露；3）試驗(yàn)溫度應(yīng)避免造成試驗(yàn)人員燙傷；4）試驗(yàn)溫度應(yīng)高于試壓系統(tǒng)材質(zhì)脆性轉(zhuǎn)變溫度，避免試驗(yàn)壓力下壓力邊界內(nèi)發(fā)生冷脆破裂事故，其中ASME-III第I冊附錄G-2400推薦核級(jí)管道系統(tǒng)試驗(yàn)溫度T≥RTNDT+33℃。

綜上所述，非核級(jí)管道系統(tǒng)試壓介質(zhì)溫度宜控制在高于環(huán)境溫度10℃～20℃，核級(jí)管道系統(tǒng)試壓介質(zhì)溫度宜控制在50℃～55℃。

（4）穩(wěn)壓時(shí)間。通常情況下試壓過程中若管道系統(tǒng)或設(shè)備部件存在缺陷，試壓介質(zhì)通過缺陷部位泄漏則需要一定的時(shí)間。因此，為了試壓期間能夠更充分地暴露缺陷，穩(wěn)壓時(shí)間應(yīng)當(dāng)在最高試驗(yàn)壓力值至少連續(xù)保持10min［3，4］。

（5）驗(yàn)收準(zhǔn)則。水壓試驗(yàn)驗(yàn)收準(zhǔn)則主要包括以下三個(gè)方面：1）試壓過程中檢查并確認(rèn)與設(shè)備、管道及閥門等相關(guān)焊縫、法蘭面處無可見的濕潤和滲漏，壓力表示數(shù)基本恒定；2）試壓過程中若臨時(shí)墊片或密封裝置等發(fā)生輕微滲漏，滲漏量不應(yīng)超過保持試驗(yàn)壓力穩(wěn)定的允許容量；3）隔離裝置處的輕微泄漏不影響試壓期間的各項(xiàng)檢查。

3　試驗(yàn)步驟

（1）介質(zhì)注入。試壓介質(zhì)應(yīng)由試壓管線低點(diǎn)逐級(jí)注入，同時(shí)打開系統(tǒng)最高點(diǎn)排氣裝置以排出試壓介質(zhì)注入過程中系統(tǒng)內(nèi)的氣體。排氣裝置連續(xù)有試壓介質(zhì)溢出時(shí)進(jìn)行關(guān)閉，并停止注入試壓介質(zhì)。升壓前應(yīng)檢查系統(tǒng)是否存在試壓介質(zhì)泄漏現(xiàn)象，若存在，應(yīng)禁止試驗(yàn)操作并及時(shí)進(jìn)行處理；（2）升壓。當(dāng)試壓系統(tǒng)溫度與試壓介質(zhì)溫度接近且符合試驗(yàn)溫度要求時(shí)即可對系統(tǒng)進(jìn)行加壓。當(dāng)壓力升至50%試驗(yàn)壓力平臺(tái)時(shí)，保持壓力穩(wěn)定，檢查試壓系統(tǒng)是否存在滲漏。若存在，應(yīng)采取泄壓處理方式，禁止帶壓修復(fù)，待缺陷消除后重新進(jìn)行試驗(yàn)；若無異常，可直接或再通過一次穩(wěn)壓后的檢查升壓至最高試驗(yàn)壓力；（3）穩(wěn)壓。當(dāng)試壓系統(tǒng)內(nèi)壓力升至最高試驗(yàn)壓力時(shí)應(yīng)連續(xù)保持至少10min，并觀察在此期間試壓用壓力表示數(shù)是否穩(wěn)定。若試壓過程中試壓介質(zhì)溫度低于試壓要求時(shí)，可通過設(shè)置加熱裝置加熱試壓介質(zhì)的方式保證試壓結(jié)果的可靠性；（4）降壓。在穩(wěn)壓期間水壓試驗(yàn)合格的前提下，核級(jí)管道系統(tǒng)將壓力泄壓至75%試驗(yàn)壓力或設(shè)計(jì)壓力（取兩者較大值）并保持壓力穩(wěn)定，非核級(jí)管道系統(tǒng)將壓力泄壓至設(shè)計(jì)壓力并保持壓力穩(wěn)定，再次檢查試壓系統(tǒng)是否泄漏，若無滲漏且壓力表示數(shù)穩(wěn)定則水壓試驗(yàn)合格。

4　水壓試驗(yàn)影響因素

（1）管道參數(shù)。試壓系統(tǒng)中管道越長、直徑越大、設(shè)計(jì)壓力越高，試壓過程中注入介質(zhì)和升壓時(shí)間則越長，因散熱原因試壓介質(zhì)溫度變化則越明顯，勢必將對試壓質(zhì)量造成影響。因此，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及升壓速率允許的前提下，可適當(dāng)增加試壓泵功率和數(shù)量及排氣點(diǎn)數(shù)量，以縮短升壓時(shí)間；（2）管內(nèi)氣體。由于氣體可壓縮性較強(qiáng)，介質(zhì)注入過程中若管道系統(tǒng)內(nèi)氣體未能有效排出，則可能會(huì)導(dǎo)致升壓時(shí)間延長、試壓系統(tǒng)震動(dòng)，極易造成壓力表示數(shù)不穩(wěn)定。此外，若管道系統(tǒng)確實(shí)存在缺陷問題，試壓過程中極有可能發(fā)生爆破事故，對試壓人員的人身安全造成威脅；（3）環(huán)境溫度。由于試壓過程中環(huán)境溫度變化會(huì)造成試壓系統(tǒng)內(nèi)壓力波動(dòng)，尤其在穩(wěn)壓階段，環(huán)境溫度的明顯變化極可能造成壓力表示數(shù)不穩(wěn)定，影響水壓試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。此外，試壓環(huán)境溫度不應(yīng)低于5℃，當(dāng)在環(huán)境溫度低于5℃進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)采取有效地防凍措施。

5　總結(jié)

壓力管道水壓試驗(yàn)作為AP1000核電機(jī)組建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量對核電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。正確地劃分水壓試驗(yàn)回路、合理地確定試驗(yàn)溫度和壓力、充分地了解水壓試驗(yàn)影響因素對AP1000核電機(jī)組壓力管道水壓試驗(yàn)順利完成具有重要意義。

［1］涂志遠(yuǎn)，袁彪.RCC-M、RSE-M和ASME中關(guān)于核電廠一回路水壓試驗(yàn)要求的對比分析［J］. 核標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量與質(zhì)量，2014（04）：10-15.

［2］曹紅軍，閆修平.首臺(tái)AP1000一回路水壓試驗(yàn)方案及風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.核安全，2013，12（02）：39-44.

［3］ASME B31.1 動(dòng)力管道規(guī)范［S］.2004.

［4］ASME III核設(shè)施部件建造規(guī)則（第1冊）NB/NC/ND分卷［S］.2004.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.143

閆晨帥（1987-），男，河北衡水人，碩士研究生，管道助理工程師，主要從事AP1000核島管道施工技術(shù)及管理工作。