淺談蒸汽發(fā)生器化學監(jiān)督試驗的必要性

楊杰

【摘 要】江蘇核電田灣核電站5、6號機組是根據(jù)法國M310機組翻版設計建造和安裝調(diào)試運行。由于早期運輸能力問題，法國蒸汽發(fā)生器在制造廠沒有執(zhí)行一、二次側(cè)單獨水壓試驗，不滿足RCC-M規(guī)范的“單獨試驗原則”要求。本文分析了目前蒸汽發(fā)生器的制造工藝，論證蒸汽發(fā)生器化學監(jiān)督試驗的必要性。

【關鍵詞】核電站；蒸汽發(fā)生器；化學監(jiān)督試驗

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0176-002

【Abstract】Unit 5 and Unit 4 of Tianwan Nuclear Power Plant in Jiangsu Nuclear Power Plant are designed， built， installed and commissioned according to the French version of M310. Due to the problem of early transport capacity， the French steam generator did not perform primary and secondary hydrostatic tests at the manufacturer and did not meet the "separate test principle" requirement of the RCC-M specification. This paper analyzes the current steam generator manufacturing process， demonstrating the necessity of chemical supervision of steam generator.

【Key words】Nuclear power station； Steam generator； Chemical supervision test

0 概述

核電站蒸汽發(fā)生器是核蒸汽供應系統(tǒng)一二回路間的換熱設備，是一二回路間的壓力邊界，其設計和制造質(zhì)量對核蒸汽供應系統(tǒng)的安全性和可靠性影響重大。影響蒸汽發(fā)生器一二次側(cè)密封性的部件包括U形傳熱管及U形傳熱管與管板間的接頭。在設計和制造過程中，必須保證其結(jié)構的完整性和密封性，以保證蒸汽發(fā)生器的安全運行。設計中，須對蒸汽發(fā)生器管子管板接頭進行應力分析，保證其在各類工況的完整性要求；制造中，須進行各種強度、無損檢查和密封性檢查，保證其制造質(zhì)量達到設計的要求。

1 背景

田灣核電站5、6號機組是根據(jù)法國M310機組翻版設計建造和安裝調(diào)試運行。由于早期運輸能力問題，法國M310型核電站蒸汽發(fā)生器上部組件（包括上部筒體、汽水分離器、干燥器、給水環(huán)等）和下部組件（包括下部筒體、套筒、管束、下封頭等）完成制造后，分別運送至電站現(xiàn)場，再進行上、下部組件的焊接組裝。無法按照RCC-M（法國壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則）規(guī)范的要求進行出廠前的單獨水壓試驗。蒸汽發(fā)生器在電站現(xiàn)場組裝后，再與系統(tǒng)管道進行安裝，安裝完成后進行現(xiàn)場系統(tǒng)水壓試驗，代替設備單獨水壓試驗?，F(xiàn)場水壓試驗包括一回路系統(tǒng)冷態(tài)功能試驗和二回路系統(tǒng)水壓試驗。

2 蒸汽發(fā)生器化學監(jiān)督試驗

由于一回路冷態(tài)功能試驗的邊界包括了3臺蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、反應堆、3臺主泵和一回路主管道，各個設備一同進行的水壓試驗不滿足RCC-M規(guī)范要求的單獨試驗原則（蒸汽發(fā)生器一次側(cè)（容器））。為此，法國核安全當局（ASN）要求增加一項基于檢查蒸汽發(fā)生器一次側(cè)向二次側(cè)泄漏為目的的密封性試驗項目。因此，設計者應要求增設了應用化學方法來檢測蒸汽發(fā)生器一次側(cè)到二次側(cè)泄漏的蒸汽發(fā)生器化學監(jiān)督試驗（即TPCDF52試驗），來補充M310機組因未進行RCC-M規(guī)范要求的“單獨試驗原則”。

蒸汽發(fā)生器化學監(jiān)督試驗（TPCDF52）是核電站熱態(tài)功能試驗期間，一回路主系統(tǒng)升壓至17.2Ma.g設計壓力下時，使用化學方法監(jiān)測蒸汽發(fā)生器一次側(cè)向二次側(cè)泄漏硼濃度，并換算為一次側(cè)向二次側(cè)的泄漏率試驗，以檢驗蒸汽發(fā)生器一二次側(cè)間密封性能。

3 規(guī)范要求

田灣核電站5、6號機組蒸汽發(fā)生器設計與建造遵循RCC-M2000+2002補遺，其中B5000的要求適用于一回路主系統(tǒng)的全部承壓部件。不屬于一回路主系統(tǒng)的一級部件，特別是蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)應按C5000的規(guī)定進行試驗。

3.1 水壓試驗

3.1.1 單獨試驗

部件安裝前須進行單獨的水壓試驗。一般情況下，該項試驗應在制造車間進行，但也可在電廠現(xiàn)場進行。水壓試驗還可以在一回路系統(tǒng)試驗的同時進行，只要在系統(tǒng)試驗過程中可以達到單個部件試驗的試驗壓力。

3.1.2 一回路系統(tǒng)的最終試驗

一回路系統(tǒng)的最終水壓試驗必須保證系統(tǒng)全部承壓部件都能承受到RCC-MB5120規(guī)定的試驗壓力。

4 設計分析

4.1 系統(tǒng)分析

蒸汽發(fā)生器完成“蒸汽發(fā)生器二次側(cè)密封性水壓（出廠）試驗”、“蒸汽發(fā)生器一次側(cè)密封性水壓（出廠）試驗”和“蒸汽發(fā)生器二次側(cè)氦氣檢漏（出廠）試驗”三項出廠試驗項目和在安裝結(jié)束后完成“蒸汽發(fā)生器二次側(cè)密封性水壓（安裝后）試驗”項目后，滿足RCC-M B5000、C5000、MC7400規(guī)范（泄漏檢測方法）的單體試驗要求，可確保蒸汽發(fā)生器密封性能。通過調(diào)試期間的一回路整體水壓試驗和一回路泄漏率試驗項目，可保證一回路系統(tǒng)整體泄漏率滿足設計要求。

4.2 一回路整體水壓試驗

蒸汽發(fā)生器在與一回路設備安裝后，按照RCC-M2000+2002補遺中B5000要求，冷試期間對整個一回路壓力邊界進行一回路設計壓力1.33倍的“一回路最終試驗”（B5120）。一回路主系統(tǒng)冷態(tài)功能試驗（22.8MPa）在一回路升壓至22.8MPa（1.33倍設計壓力）平臺時，至少保壓10分鐘以上，試驗主要目的是驗證一回路各承壓部件、設備的密封性、強度以及安裝質(zhì)量滿足要求。一回路整體水壓試驗可確保系統(tǒng)（包括蒸汽發(fā)生器）密封性滿足設計要求。

4.3 一回路泄漏率試驗

系統(tǒng)熱試期間進行一回路整體密封性試驗，通過對穩(wěn)壓器液位、容控箱液位、主泵軸封泄漏等參數(shù)進行計算，確保一回路壓力邊界（包括蒸汽發(fā)生器）泄漏率滿足要求（不可測量泄漏率低于230L/h，總泄漏率低于2300L/h）。

綜上所述，系統(tǒng)的整體密封性已通過調(diào)試期間一回路整體水壓試驗和泄漏率試驗進行驗證。TPCDF52是針對蒸汽發(fā)生器單體密封性試驗項目，取消TPCDF52不影響系統(tǒng)的整體密封性試驗結(jié)果。

4.4 設備分析

TPCDF52試驗原理與蒸汽發(fā)生器制造期間的氦檢漏方法類似。

蒸汽發(fā)生器U形傳熱管采用因科鎳690材料，通過冷軋方式獲得成品管。管子出廠前，須進行超聲波檢驗、渦流檢驗和單根水壓試驗，保證U形傳熱管的質(zhì)量和密封性。蒸汽發(fā)生器U形傳熱管的制造受嚴格的工藝和無損檢驗控制，其制造質(zhì)量優(yōu)秀，在核電站工程實踐中，極少出現(xiàn)因傳熱管質(zhì)量問題引起的蒸汽發(fā)生器泄漏。

蒸汽發(fā)生器管子與管板接頭制造工序一般為：管子管板接頭定位脹、管子管板焊接、氦檢漏、液壓脹、100%PT、6%RT、一次側(cè)水壓試驗和二次側(cè)水壓試驗。 水壓試驗時，升壓至工作壓力（一次側(cè)絕壓15.5MPa，二次側(cè)絕壓6.71MPa），至少保壓10分鐘；繼續(xù)升壓至設計壓力（一次側(cè)絕壓17.23MPa，二次側(cè)絕壓8.6MPa），至少保壓10分鐘；而后升壓至試驗壓力，保持足夠時間（至少10分鐘）以便進行檢查。然后降壓至設計壓力，保壓至少4小時，檢查是否存在泄漏、冒汗現(xiàn)象。工廠水壓試驗的目的是最終驗證蒸汽發(fā)生器的強度和密封性能，特別是蒸汽發(fā)生器管子和管板接頭的密封性能。

采用水壓試驗方法檢查管子管板接頭泄漏的靈敏度遠高于TPCDF52試驗的靈敏度。TPCDF52試驗的驗收準則是0.100L/h，相當于每分鐘33滴水的泄漏量，而水壓試驗方法檢查管子管板接頭泄漏時，可以較容易的檢查到每5分鐘一滴水的泄漏量。

根據(jù)蒸汽發(fā)生器設計與制造方面的分析，通過對制造工藝和各種檢查手段的嚴格控制，可以保證蒸汽發(fā)生器管子管板接頭的制造質(zhì)量，采用的泄漏試驗手段可取代TPCDF52試驗方法來最終驗證蒸汽發(fā)生器一次側(cè)向二次側(cè)的泄漏量，并具有更高的靈敏度。

4.5 水壓試驗分析

RCC-M對蒸汽發(fā)生器密封性壓力試驗有嚴格規(guī)定，蒸汽發(fā)生器制造完成后，須按RCC-M規(guī)范要求進行水壓試驗。

4.5.1 單獨試驗

田灣核電站5、6號機組蒸汽發(fā)生器完成制造后、設備發(fā)運前，將在廠內(nèi)進行蒸汽發(fā)生器一、二次側(cè)水壓試驗，符合RCC-M B5000、C5000要求的單獨水壓試驗要求。具體要求見表1所示。

4.5.2 最終試驗

田灣核電站5、6號機組蒸汽發(fā)生器在核電站現(xiàn)場安裝完成后，將進行蒸汽發(fā)生器一、二次側(cè)的系統(tǒng)水壓試驗，水壓試驗符合RCC-M B5000、C5000要求的最終水壓試驗要求。具體要求見表2所示。

田灣核電站5、6號機組蒸汽發(fā)生器的單獨水壓試驗和最終水壓試驗，已滿足了RCC-M B5000和C5000的規(guī)范要求，驗證了蒸汽發(fā)生器的完整性、密封性和制造質(zhì)量。按照目前蒸汽發(fā)生器制造工序，再補充TPCDF52試驗來驗證蒸汽發(fā)生器的密封性已無實際意義。TPCDF52試驗本質(zhì)上也是水壓試驗，只是在一回路水中加入了硼作為示蹤劑，來測量和換算蒸汽發(fā)生器從一次側(cè)向二次側(cè)的泄漏量，繼而驗證其密封性。由于示蹤劑濃度的化驗受到較多因素的影響，對其化驗的精度影響很大，泄漏檢測的靈敏度誤差很大，遠低于蒸汽發(fā)生器的水壓試驗和管子管板接頭氦檢漏的試驗靈敏度。再者，TPCDF52試驗受到試驗環(huán)境的影響較大，在同類型核電站機組的工程實踐中，某些機組由于受到當?shù)氐乃从绊?，試驗用水中硼本底較高，化驗檢測數(shù)據(jù)已被水中硼濃度本底覆蓋，無法實施TPCDF52試驗。因此，從上述分析取消TPCDF52試驗不影響對蒸汽發(fā)生器的密封性驗證。

5 相關參考項目

法國三代核電技術的EPR機組FA3核電廠蒸汽發(fā)生器制造完成后在設備制造廠增加了蒸汽發(fā)生器出廠前的水壓試驗項目，遵循RCC-M規(guī)范要求的蒸汽發(fā)生器須單獨試驗要求，在三代EPR機組上取消了TPCDF52試驗項目。

AP1000為美國西屋公司設計的三代核電機組，采用ASME規(guī)范1998+2000補遺設計和建造，蒸汽發(fā)生器水壓試驗按ASME NB6200要求，在設備制造廠進行出廠前水壓試驗，在核電站現(xiàn)場進行系統(tǒng)水壓試驗，驗證蒸汽發(fā)生器的完整性、密封性和制造質(zhì)量。在電廠系統(tǒng)熱態(tài)功能試驗時，未設置類似法國TPCDF52試驗的化學方法檢驗蒸汽發(fā)生器泄漏試驗項目。

6 結(jié)論

田灣核電站5、6號機組蒸汽發(fā)生器為M310機組翻版設計，增加了在制造廠的一、二次側(cè)單獨水壓試驗。通過對田灣核電站5、6號機組一回路系統(tǒng)及設備的論證和對參考項目的分析研究，從設計角度，田灣核電站5、6號機組蒸汽發(fā)生器在制造廠和現(xiàn)場進行的一、二次側(cè)水壓試驗及一回路系統(tǒng)冷態(tài)功能試驗，已滿足了RCC-M的單獨試驗及一回路系統(tǒng)的最終試驗要求，完全可保證蒸汽發(fā)生器的完整性、密封性和制造質(zhì)量，可以取消以驗證蒸汽發(fā)生器一次側(cè)向二次側(cè)泄漏為目的的TPCDF52試驗。

【參考文獻】

[1]法國核島設備設計、建造及在役檢查規(guī)則協(xié)會（AFCEN）.法國壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則（RCC-M），2002.

[2]美國機械工程師學會（ASME）.鍋爐及壓力容器規(guī)范，2004.

[3]田灣核電站5-6號機組蒸汽發(fā)生器設備技術規(guī)格書，2009.