“華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)的選取

劉光偉，劉文杰，張慶國，彭 娟

（中國核電工程有限公司 華東分公司，浙江 海鹽 314300）

“華龍一號”壓水堆作為中核集團(tuán)自主研發(fā)的三代核電機(jī)組，其遵循的設(shè)計(jì)建造規(guī)范與以往傳統(tǒng)壓水堆機(jī)組有較大的不同，且一回路水壓試驗(yàn)的實(shí)施并無先例可以遵循，故對其試驗(yàn)壓力系數(shù)的分析有助于后續(xù)華龍系列堆型的設(shè)計(jì)走向成熟。本文針對“華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)的選取從規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、采購等各方面進(jìn)行綜合分析，最終明確適合“華龍一號”水壓試驗(yàn)的壓力系數(shù)。

1 水壓試驗(yàn)系數(shù)選取

一回路水壓試驗(yàn)是以一個合適的試驗(yàn)壓力，對一回路主系統(tǒng)及其有關(guān)輔助系統(tǒng)的高壓設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度性水壓試驗(yàn)，以檢查一回路系統(tǒng)的設(shè)備、管道密封和焊接質(zhì)量，驗(yàn)證承壓運(yùn)行時的密封性和安全性，以保證機(jī)組正常運(yùn)行時的可靠性。

一回路水壓試驗(yàn)為核電廠建造、調(diào)試環(huán)節(jié)中一個極其重要的節(jié)點(diǎn)，在現(xiàn)場實(shí)施過程中，涉及面廣、要求高。對其試驗(yàn)壓力系數(shù)的明確過程中，需要從核電廠的設(shè)計(jì)初衷、采購、建造實(shí)施等多個階段的具體情況進(jìn)行綜合分析，以達(dá)到一個可以滿足要求且具備可實(shí)施性的方案。

1.1 設(shè)計(jì)建造規(guī)范要求的分析

1.1.1RCC-M 2007規(guī)范要求

“華龍一號”機(jī)組作為國內(nèi)自主設(shè)計(jì)的三代核電機(jī)組，在設(shè)計(jì)和建造規(guī)范上延續(xù)了法國RCC系列標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范對應(yīng)版本為RCC-M 2007版。RCC-M 2007版中針對規(guī)范 1/2級設(shè)備的壓力試驗(yàn)要求體現(xiàn)于B/C5000章節(jié)中，該章節(jié)中對單項(xiàng)和組合體試驗(yàn)進(jìn)行了分類說明，并相關(guān)存在著一定的關(guān)聯(lián)性，如表1所示。

表1 RCC-M 2007中關(guān)于規(guī)范1、2級設(shè)備壓力試驗(yàn)的主要規(guī)定Table 1 Main provisions of hydraulic pressure tests for class1 and 2 equipment in RCC-M 2007

依據(jù)表1中B5226的要求，一回路整體水壓試驗(yàn)的壓力系數(shù)選取判定路線可有兩種選項(xiàng)。

1.1.2選取原則一

整體壓力系統(tǒng)不能低于每個組成腔的最高試驗(yàn)壓力，如果整體組件中任何一個承壓設(shè)備超出此準(zhǔn)則，該承壓設(shè)備壓力就應(yīng)降低直至符合準(zhǔn)則。

各部件設(shè)備規(guī)格書與水壓試驗(yàn)技術(shù)條件中按照規(guī)范要求，對各部件的出廠水壓試驗(yàn)壓力進(jìn)行規(guī)定（見表2）。

表2 規(guī)范1、2級設(shè)備單體水壓試驗(yàn)壓力與倍數(shù)Table 2 Pressure and multiple of single hydraulic test for class 1 and 2 equipment

按照選取一的原則，如下所示。

（1）針對表2中序號1～序號11設(shè)備的水壓試驗(yàn)壓力值之中的最小值為：反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器一次側(cè)，水壓試驗(yàn)壓力值為24.6 MPa，試驗(yàn)壓力系數(shù)為1.43倍設(shè)計(jì)壓力。

（2）針對表2中序號12“除主管道以外的其他規(guī)范1、2級管道”，應(yīng)根據(jù)所有管道尺寸、等級、材料計(jì)算得出的水壓試驗(yàn)壓力值之中的最小值的鋼管來進(jìn)行選取。故按照表3中所有管道尺寸、等級、材料計(jì)算得出的水壓試驗(yàn)壓力值之中的最小值為 022Cr19Ni10奧氏體不銹鋼12寸型號的鋼管，水壓試驗(yàn)壓力值至少為：27.8 MPa，壓力系數(shù)至少為1.63倍設(shè)計(jì)壓力。

表3 一回路邊界內(nèi)規(guī)范1/2級管道壓力試驗(yàn)與系數(shù)Table 3 Hydraulic pressure test and coefficient analysis for the class 1 and 2 pipeline in the primary circuit boundary

（3） 針對表 2中序號 13其他邊界內(nèi)的閥門，依據(jù) CP03T3058《RCC-M 規(guī)范 1、2、3級和 NC級不銹鋼及碳鋼手動、電動或氣動閥門技術(shù)規(guī)格書》[8]要求，按照 CP03T3059《核島閥門通用技術(shù)條件》[9]規(guī)定，對于核級閥門，需按照GB/T 13927—2008《工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)》[2]進(jìn)行出廠水壓試驗(yàn)。

GB/T 13927—2008《工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)》的要求，與RCC-M 2007 B5223中規(guī)定一致，要求強(qiáng)度試驗(yàn)壓力必須至少為1.5倍設(shè)計(jì)壓力，故“華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)的閥門強(qiáng)度水壓試驗(yàn)均不小于25.8 MPa，壓力系數(shù)均不小于1.5倍設(shè)計(jì)壓力。

綜合上述分析，結(jié)合選取原則一，按照B5226/C5226的規(guī)定取組合體所有設(shè)備中的最小壓力值，故初步分析認(rèn)為“華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)可選取1.43倍設(shè)計(jì)壓力，水壓試驗(yàn)壓力值為24.6 MPa。

1.1.3選取原則二

只要設(shè)備項(xiàng)進(jìn)行了單獨(dú)試驗(yàn)，組件的試驗(yàn)可在1.3 Pa壓力進(jìn)行。

針對一回路水壓試驗(yàn)邊界內(nèi)的所有管件按照CP03T3017《管道系統(tǒng)用1、2、3級奧氏體不銹鋼無縫管件技術(shù)條件》[7]相關(guān)技術(shù)要求，主要有以下兩種情況。

（1） 若制造的管件選材為無縫鋼管，則應(yīng)按照CP03T3016《管道系統(tǒng)用1、2、3級奧氏體不銹鋼無縫鋼管技術(shù)條件》[6]中的要求，按照表3在管件加工前進(jìn)行管道的水壓試驗(yàn)。

（2） 若制造的管件選材為鋼板，則應(yīng)按照CP03T3034《管道系統(tǒng)用 1、2、3級不銹鋼鋼板技術(shù)條件》中的要求執(zhí)行，因水壓試驗(yàn)邊界內(nèi)不采用該型號的管件，故可不做分析。

針對水壓試驗(yàn)邊界上及邊界內(nèi)的閥門，按照CP03T3058《RCC-M規(guī)范1、2、3級和NC級不銹鋼及碳鋼手動、電動或氣動閥門技術(shù)規(guī)格書》的要求，已進(jìn)行過出廠單獨(dú)水壓試驗(yàn)。

針對規(guī)范1級主設(shè)備，根據(jù)表2可知，在出廠之前相關(guān)設(shè)備已經(jīng)進(jìn)行過單獨(dú)的水壓試驗(yàn)。

針對規(guī)范1、2級管道及與主管道相連的輔助管道而言，其水壓試驗(yàn)分為兩個階段。

（1） 采購階段

供貨前按照CP03G4047《RCC-M 1/2/3級奧氏體不銹鋼無縫鋼管采購技術(shù)規(guī)格書》[5]的要求在制造廠進(jìn)行了單體水壓試驗(yàn)，進(jìn)行水壓試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 241—2007《金屬管液壓試驗(yàn)方法》，屬于設(shè)備規(guī)格書中的另外說明，滿足RCC-M 2007 B5222的要求，其試驗(yàn)壓力與管件的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、試驗(yàn)溫度等參數(shù)沒有關(guān)系，其驗(yàn)證的主要是材料的承壓能力。

（2） 建造階段

根據(jù)《管道水壓試驗(yàn)技術(shù)要求》[10]，安裝后管道應(yīng)分別根據(jù) RCC-M 2007的要求進(jìn)行水壓試驗(yàn)，與制造階段時的水壓試驗(yàn)引用GB/T 241的要求存在一定的不同，其驗(yàn)證的主要是焊縫的強(qiáng)度和密封性。

建安階段的管道水壓試驗(yàn)，依據(jù)單個系統(tǒng)的管線清單中的水壓試驗(yàn)系數(shù)而定。通過梳理所有單系統(tǒng)管線清單中涉及水壓試驗(yàn)邊界內(nèi)的管線，其管線試壓系數(shù)均為 1.3倍設(shè)計(jì)壓力。但現(xiàn)場的施工邏輯是先安裝一回路主管道，再安裝與主管道相連的輔助管道，逐步向外擴(kuò)展。故存在安注系統(tǒng)、應(yīng)急硼注入系統(tǒng)、化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的部分輔助管道不能與主管道有效隔離并單獨(dú)實(shí)施水壓試驗(yàn)的情況。

根據(jù)表1中B5221中的描述“該項(xiàng)試驗(yàn)一般應(yīng)在制造商車間進(jìn)行，但也可以在建造現(xiàn)場進(jìn)行，也可以在系統(tǒng)試驗(yàn)的同時進(jìn)行?！睆囊?guī)范的角度理解，是允許部分管道與系統(tǒng)試驗(yàn)時同時進(jìn)行的。

故初步分析認(rèn)為“華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)也可選取 1.3倍設(shè)計(jì)壓力，水壓試驗(yàn)壓力值為22.3 MPa。

1.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于水壓試驗(yàn)壓力的規(guī)定

GB/T 28548—2012《核電廠主回路水壓試驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則》[4]中關(guān)于壓力描述中引用 GB/T 16703—1996《壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中的要求。GB/T 16703—1996編制的參考文件為 RCC-M 1983版，與 RCC-M2000 +2002[11]補(bǔ)遺版本中的內(nèi)容保持一致，規(guī)定為：系統(tǒng)水壓試驗(yàn)時只有當(dāng)試驗(yàn)壓力指示達(dá)到一回路系統(tǒng)任何部件最高設(shè)計(jì)壓力為1.33倍，才允許進(jìn)行輔助管道水壓試驗(yàn)。

1.3 國內(nèi)核電機(jī)組水壓試驗(yàn)執(zhí)行情況

國內(nèi)主流的商運(yùn)核電機(jī)組均為壓水堆核電技術(shù)，且經(jīng)歷過若干次水壓試驗(yàn)，具有成熟的工程經(jīng)驗(yàn)，其從技術(shù)性/可執(zhí)行性上對于“華龍一號”具有一定的借鑒意義。

表4 國內(nèi)外核電機(jī)組一回路水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)Table 4 Hydraulic pressure coefficients of the primary circuit of nuclear power plants at home and abroad

續(xù)表

（1） 表4中序號1～6項(xiàng)機(jī)組屬于國內(nèi)二代及二代加標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組，建造和設(shè)計(jì)規(guī)范均參照RCC-M2000 + RCC-M2002補(bǔ)遺版，水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)選取為 1.33倍設(shè)計(jì)壓力，與 GB/T 16703—1996一致。

（2） 表4中序號7三門核電機(jī)組屬于美系A(chǔ)P1000三代全球首堆機(jī)組，建造和設(shè)計(jì)規(guī)范參照ASME-Ⅲ2004版，壓力系數(shù)按照ASME美系標(biāo)準(zhǔn)，水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)選取為1.25倍設(shè)計(jì)壓力。

（3） 表4中序號8芬蘭0L3機(jī)組作為全球首個開工建設(shè)的 EPR機(jī)組。其依據(jù)的規(guī)范與M310二代機(jī)組一樣，仍為 RCC-M2000 +RCC-M2002補(bǔ)遺版，故水壓試驗(yàn)系數(shù)選定為1.33倍設(shè)計(jì)壓力。

（4） 表4中序號9臺山核電機(jī)組屬于法系EPR三代后來居上的全球首堆機(jī)組，建造和設(shè)計(jì)規(guī)范參照RCC-M 2007，水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)選取為 1.33倍設(shè)計(jì)壓力，該系數(shù)與 2007版規(guī)范中要求存在不一致，查閱相關(guān)資料，其主要的選取原因有四點(diǎn)：

1）國外芬蘭OL3機(jī)組同為EPR堆型，其建造設(shè)計(jì)規(guī)范為RCC-M 2000版，從堆型角度出發(fā)，選取為1.33也可作為后續(xù)臺山機(jī)組的參考；

2）結(jié)合EPR項(xiàng)目評審對話；

3）臺山作為 EPR技術(shù)堆型的延續(xù)，選取1.33得到了核島設(shè)計(jì)供貨方AFCEN NP的認(rèn)可；

4）國內(nèi)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的“華龍一號”機(jī)組屬于延續(xù)二代加技術(shù)的一種漸進(jìn)型三代機(jī)組，參照的建造和設(shè)計(jì)規(guī)范為RCC-M 2007，與臺山EPR機(jī)組保持一致。

綜述，“華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)可參考臺山EPR核電機(jī)組選取壓力系數(shù)為1.33倍設(shè)計(jì)壓力。

1.4 RCC-M 2007 MS 1094修改單與RCC-M 2007版補(bǔ)遺（addendum 2008）定

針對RCC-M 2007版中，特別是單獨(dú)和多種組合材料水壓試驗(yàn)壓力的規(guī)范執(zhí)行存在較大技術(shù)難點(diǎn)，不同的管道根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、尺寸、形制等因素存在不同的水壓試驗(yàn)要求（見表 5）。

表5 RCC-M 2007 MS 1094、RCC-M 2007（addendum 2008）[12]補(bǔ)遺中關(guān)于壓力試驗(yàn)的修訂內(nèi)容Table 5 Revision of RCC-M 2007 MS 1094[13], RCC-M 2007 (addendum 2008)addendum on hydraulic pressure test

在RCC-M 2007版的2008補(bǔ)遺的用戶須知中特別說明了水壓試驗(yàn)相關(guān)修訂（MS 1094）區(qū)分了法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，試驗(yàn)情況被分成兩類：一類是列在 RCC-M 2007版補(bǔ)遺里B/C/D5000章節(jié)中對RCC-M一至三級承壓設(shè)備及整體組件的水壓試驗(yàn)要求；另一類是在附錄ZZ中給出的適用于采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)的要求，不適用于國內(nèi)電廠。

故結(jié)合相關(guān)規(guī)范的要求，“華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)可選取壓力系數(shù)不低于1.25倍設(shè)計(jì)壓力。

2 評價

“華龍一號”作為國內(nèi)自主研發(fā)的三代核電機(jī)組，其首次一回路水壓試驗(yàn)對于后續(xù)華龍機(jī)組的建設(shè)具有極其重要的參考意義。故對于首次一回路水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)的明確，必須通過多方面進(jìn)行衡量與考慮，既要滿足規(guī)范的要求，同時也應(yīng)參考國內(nèi)其他機(jī)組的執(zhí)行情況，才能選擇合適的壓力系數(shù)。

結(jié)合本文第 1節(jié)分析，從國際規(guī)范、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)以及參考項(xiàng)目等多方面考慮，整理匯總?！叭A龍一號”機(jī)組一回路水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)共有四種方案可供選擇，如表6所示。

表6 “華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)的四種可選擇方案Table 6 Four alternative schemes for hydraulic pressure test coefficients in the primary circuit boundary of HPR1000

表6中的四種方案，分別依據(jù)了不同規(guī)范要求，且也具備一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。下面主要將各方案與“華龍一號”的匹配性進(jìn)行分析，以最終選取合適的試驗(yàn)方案。

（1） 方案 1

該方案的選取依據(jù)為RCC-M 2007版，結(jié)合本文1.1.2節(jié)分析。選取方案1從目前“華龍一號”的設(shè)備采購的試驗(yàn)角度是滿足要求的。

但針對方案1中規(guī)范的要求，組合體的試驗(yàn)壓力不得超過材料的許用應(yīng)力，許用應(yīng)力引用的章節(jié)為ZI。而ZI章節(jié)主要為采用歐洲EN標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的相關(guān)材料選取原則，與國內(nèi)“華龍一號”的采購材料標(biāo)準(zhǔn)存在不一致。且目前的國內(nèi)壓水堆商運(yùn)機(jī)組與三代壓力堆核電機(jī)組中，并無工程實(shí)踐先例可以遵循。

水壓試驗(yàn)是一種高強(qiáng)度的壓力破壞性試驗(yàn)，其試驗(yàn)壓力并不是越高越好。其超壓作用，可能會給設(shè)備和系統(tǒng)部件造成一定的損傷，縮短其使用壽命，特別是超壓試驗(yàn)會引起部件彈性區(qū)域的缺陷的擴(kuò)展。

故從綜上分析，方案1不作為推薦方案。

（2） 方案 2

該方案的選取依據(jù)為RCC-M 2007版，只要設(shè)備項(xiàng)進(jìn)行了單獨(dú)試驗(yàn)，組件的試驗(yàn)可在1.3PS壓力進(jìn)行。

結(jié)合本文1.1.3節(jié)分析，現(xiàn)“華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)邊界內(nèi)的所有設(shè)備項(xiàng)（主設(shè)備、主管道、輔助管道、閥門等）均在出廠時進(jìn)行了水壓試驗(yàn)，且相關(guān)的設(shè)備項(xiàng)出廠水壓試驗(yàn)的要求是滿足規(guī)范中所規(guī)定的原則，故方案 2可作為推薦方案。

（3） 方案 3

該方案依據(jù)主要為 RCC-M MS 1094與RCC-M 2008補(bǔ)遺版，上述兩份文件涉及的壓力試驗(yàn)修訂詳見本文 1.4節(jié)的描述，最終選取的原則為不小于1.25倍設(shè)計(jì)壓力。從規(guī)范的角度出發(fā)，“華龍一號”在最初的設(shè)計(jì)/建造過程中，其參考規(guī)范版本為2007版，并未考慮到后續(xù)發(fā)布的上述兩份文件。其中1094文件是作為2007版的修改單發(fā)布，從規(guī)范文件的版本考慮，可作為2007版規(guī)范的一個延續(xù)，故方案3可作為參考方案以供選擇。

（4） 方案 4

方案4的制定依據(jù)來源主要為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與工程實(shí)踐。

從國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的角度出發(fā)，GB/T 16703[1]為國家推薦標(biāo)準(zhǔn)而非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，同時該標(biāo)準(zhǔn)編制的參考規(guī)范為RCC-M 1983版，與“華龍一號”實(shí)際運(yùn)用規(guī)范不一致。

從工程實(shí)踐的角度出發(fā)，國內(nèi)二代加壓水堆機(jī)組壓力系數(shù)選取為 1.33的主要依據(jù)為RCC-M2000 + RCC-M2002補(bǔ)遺，也與“華龍一號”的實(shí)際運(yùn)用規(guī)范版本不一致。雖臺山EPR機(jī)組也選取為1.33，但從本文1.3節(jié)分析得知，關(guān)于臺山核電選取1.33的四個依據(jù)而言，不具備通用的說服力。故方案4不推薦選取。

3 結(jié)論

綜上，從“華龍一號”的設(shè)計(jì)、采購、現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)等各方面評估，“華龍一號”一回路水壓試驗(yàn)壓力系數(shù)應(yīng)選取方案2中的試驗(yàn)壓力為1.3倍設(shè)計(jì)壓力，該方案的實(shí)施滿足“華龍一號”的設(shè)計(jì)、建造規(guī)范要求，同時也滿足參考方案 3 的要求，對于后續(xù)“華龍一號”機(jī)組的批量化建設(shè)，具有較強(qiáng)的通用性、適用性和可操作性。