CPR1000核电机组压力容器水压试验实施过程概述.pdf

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯工 业 与 技 术 2023 NO.20 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯CPR1000核电机组压力容器水压试验实施过程概述赵博文 赵伟华 李茂超 谢剑芳 张鼎超 江奎融(苏州热工研究院有限公司深圳分公司 广东深圳 518000)摘要：CPR1000核电机组是我国核电版图的重要组成部分，该项技术是在引进法国M310技术后改良、优化，形成的核电技术。CPR1000机组的压力容器需结合法系规范 压水堆核电厂核岛机械部件在役检查规则（RSE-M）对容器在一定的周期实施水压试验，用以验证容器的密封性和完整性，以保障容器在役阶段的安全可靠运行。安全有序的试验实施有助于压力容器的性能验证，重点介绍压力容器水压试验实施的关键步骤，为CPR1000核电机组压力容器水压试验工作过程管理提供参考。关键词：水压试验 压力容器 实施过程 临时特殊装置（TSD）中图分类号：TU753文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)20-0082-04An Overview of the Implementation Process of the Hydrostatic Test of the Pressure Vessel of the CPR1000 Nuclear Power UnitZHAO Bowen ZHAO Weihua LI Maochao XIE Jianfang ZHANG Dingchao JIANG Kuirong(Shenzhen Branch of Suzhou Nuclear Power Research Institute Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong Province,518000 China)Abstract:The CPR1000 nuclear power unit is an important part of Chinas nuclear power layout.This technique is a nuclear power technique formed by improving and optimizing the introduced French M310 technique.The pressure vessel of the CPR1000 unit needs to carry out a hydrostatic test on the vessel in a certain period in combination with the French code Code on the In-Service Inspection of Mechanical Components on Nuclear Islands of Pressurized Water Reactor Nuclear Power Plants(RSE-M)to verify the tightness and integrity of the vessel,so as to ensure the safe and reliable operation of the vessel during the in-service period.The implementation of safe and orderly tests helps to verify the performance of pressure vessels.This article will focus on the introduction of the key steps of implementing the hydrostatic test of pressure vessels,so as to provide a reference for the management of the hydrostatic test process of the pressure vessel of the CPR1000 nuclear power unit.Key Words:Hydrostatic test;Pressure vessel;Implementation process;Temporary special device(TSD)核电厂压力容器工作在高压、高温、放射性等恶劣条件下，对压力容器的密封性和完整性产生巨大考验，容器水压试验是验证压力容器在连续承压状态下的密封性和完整性的重要在役检查方法，对于保障承压容器设备的安全性和可靠性起到重要作用。CPR1000核电机组容器水压试验涉及核安全2级、3级部件，在核电厂工作过程管理上对工作的质量、安全标准要求高，其主要工作阶段包含试验前期工作准备、试验实施过程、试验完工整理等。本文将对压力容器水压试验实施的关键步骤进行重点介绍，为CPR1000核电机组压力容器水压试验工作过程管理提供参考1。1 现场方案核实完善的实施方案能够减少影响水压试验正常执行的失效点，同时也能降低现场的工作量。在进行现场方DOI：10.16661/ki.1672-3791.2304-5042-6349作者简介：赵博文（1995），男，本科，助理工程师，研究方向为核岛容器水压试验。82SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.20 工 业 与 技 术科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION案核实前，首先需根据已有工作程序在流程图上进行方案标注。如果是首次实施的试验，应结合设备图、流程图、等轴图去进行方案制订。在流程图上标注好边界、临时特殊装置（Temporary Special Device，TSD）的安装位置后，应到现场进一步核实方案的可行性和必需的先决条件。主要需要现场核实的重点如下。1.1 确认排气点、排水点确认试验容器的排气点是否为最高点、排水点是否为最低点，以确保充水时能够排尽容器内空气与试验结束后能够排空容器内试验介质；对于大口径或长度稍长的管道，还需在这些管道上设置排气点或排水点；在核实排水点时，必须确认排水的路径，以确保后续在进行排水时能够顺利实施与进行水位监视，避免跑水2。1.2 先决条件核实先决条件的核实，主要分为两个部分：一是确认容器本体检查范围是否都可达，是否需要拆除保温、搭设脚手架；二是核实TSD安装位置的部位是否都具备拆除条件，同时确认是否需要拆除保温、搭设脚手架、搭设污染场地或负压工作间（SAS）。核实TSD安装位置时，还应重点关注是否有足够的空间进行TSD安装，对于部分空间狭窄而无法确定的位置，应记录下现场的空间尺寸数据，并进行校核。如果因现场空间限制而无法进行TSD安装的，则应进行试验方案修改或TSD优化。1.3 TSD安装核实确认TSD的安装位置后，还应对TSD的尺寸进行校核。一般来说，可以通过设备图和等轴图确认安装位置的尺寸数据，大部分为标准件；但也存在部分为非标件，如泵进出口法兰、逆止阀两端的法兰，有可能为非标法兰。而且由于设备数据不全，也无法通过数据库进行确认。此时需要通过现场实际测量，以确认具体的尺寸数据。此外，上游图纸的数据有可能与现场存在差异，在现场踩点时，应进行测量核实，以确保准备的TSD能够与系统相匹配。1.4 其他现场核实除了以上几点，也应关注风险识别，如辐射风险分区、作业空间情况、热点等。2 先决条件实施2.1 脚手架作业地点缺少能站人的固定作业平台，且登高车、梯子等移动登高设施难以使用或难以满足作业要求时，应搭制脚手架（如图1所示）；水压试验拆装安全阀、安装TSD、起重吊装、搭设SAS（如图2所示）、铺设防火布、搭设围栏等，需要使用脚手架作为高空平台或支撑锚点。脚手架需求，应由准备工程师提通知单给服务专业，并且搭设完成后应由服务专业、使用专业共同签字验收后方可投用。注意在试验完成后，应及时通知服务专业拆除脚手架。脚手架相关要点如下。（1）起重用脚手架需搭设在被吊物正上方：如APG001/002RF、TEP001/002DZ/EX、SAP001/002BA 等容器。（2）TEG008/009/010/011BA 脚手架高于5 m，提醒脚手架工作负责人应设置防坠器。（3）脚手架不能挡住人孔门、封头法兰等，以致影响开关孔与目视检查。（4）脚手架不能挡住焊口、需要拆装的法兰、设备等，以至于影响TSD拆装。（5）狭小区域裸露架子管需包裹，避免伤人。2.2 SAS与场地SAS：负压工作间。放射性容器、管线开口需要搭设SAS。SAS需求应由准备工程师提通知单给服务专业，并在搭设完成后由服务专业、工作负责人、辐射防护三方验收后方可投用3。污染场地：使用红色塑料布和污染场地警示带铺设的场地，用于放置污染工器具、TSD等。现场工作完成后应及时通知服务专业工作负责人拆除SAS或污染场地。SAS、污染场地相关要点如下：（1）放射性管线切割、打磨需设置气源、风机（过滤放射性物质、避免扩散）；（2）SAS内管线需用红布包裹；（3）SAS高度须大于工作人员站立高度；（4）人员进入SAS应穿戴好附加防护用品，纸衣、塑料鞋套、乳胶手套、呼吸防护用品。若涉及切割、打磨，则应佩戴气面罩；涉及焊接作业则应佩戴全面罩；（5）断开气源后气管接头应使用白胶布做好有效包裹，防止气管接头沾污引发人员内污染；（6）进入污染场地工作需结合实际工作与辐射图1 脚手架现场图示图2 SAS现场图示83SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯工 业 与 技 术 2023 NO.20 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯防护要求穿戴附加防护用品；（7）污染区人员出入的过渡区布置应尽量宽敞，避免人员站立不稳踩出过渡区；（8）SAS、污染场地须遵守辐射防护规定，定期巡检，开展污染普查并记录。2.3 保温水压试验拆装法兰、切割、打磨管线、安装TSD、容器检查等需要拆除管线或容器保温，准备工程师提通知单给服务专业。工作完成后及时提醒拆装保温工作负责人回装保温。保温相关要点：提醒保温工作负责人保温拆除部分需与焊口位置预留足够距离，如图3、图4所示，避免影响切割打磨、焊接。2.4 开关孔水压试验容器内部目视检查前后需要机械进行开关孔配合，准备工程师提通知单给机械专业，水压试验结束后由机械专业更换人手孔垫片。开关孔要点如下：（1）放射性容器开关孔需搭设SAS，如EAS001/002RF、RIS001/002/003BA、RCV002BA、RCP002BA、TEU001RE、TEP001/002RE、TEP001/002DZ/EX、TEG004-008BA；（2）LHP/LHQ/LHS 250/251/252BA水压试验若需要应用排气浮球，需在试验前开孔时将浮球装置放入容器内部，试验后开孔时将浮球装置取出。2.5 目视检查水压试验前应对容器进行完整的目视检查，含内、外部目视检查，部分容器无法实施内部目视检查，可以仅实施外部目视检查。目视检查结果合格后才能够进行水压试验，目视检查结果在水压试验实施前2年内有效。目视检查需求，应由准备工程师提通知单给在役检查相关专业（如图5所示）。目视检查相关要点如下。（1）RRA001/002RF需在水压试验当轮次大修前一轮大修完成目视检查，准备工程师提前核实是否具备合格目视检查报告，以免影响水压试验执行。（2）如容器目视检查发现异常，需由检测部门提通知单给设备方处理，经设备方处理完成，目视检查合格后才能够进行水压试验。3 临时特殊装置（TSD）安装下文将对临时特殊装置（TSD）的主要连接形式螺纹连接、法兰连接进行简要介绍，并说明具体的安装方法和要点。3.1 螺纹连接水压试验TSD的常见螺纹连接类型分为3种，分别是G螺纹、M螺纹、NPT螺纹，以下分别进行说明。3.1.1 G螺纹水压试验TSD常用的螺纹连接类型中，G螺纹为最常使用的类型，一般配合铜垫片/聚四氟乙烯垫片使用。配合密封垫片，以压紧形式使用较为可靠，但不建议在法兰与第一道阀门之间使用垫片密封，应采用魔绳密封，以保证即使密封失效，也仅为“可控的”渗漏。3.1.2 M螺纹通常用于机械连接，如螺栓螺母、吊耳等，配合铜垫片/聚四氟乙烯垫片能够实现高压工况下的密封，如安装压力表，另外分体式球面密封的螺纹配合形式一般也是使用的M螺纹。3.1.3 NPT螺60 密封管螺纹，美制螺纹，如NPT1/2，即公称直径为 1/2 寸的 NPT 螺纹，详细标注说明请查阅 GB/T 12716。内螺纹有圆锥和圆柱两种螺纹，外螺纹仅有一种圆锥螺纹。内外螺纹可组成两种密封配合形式：圆锥内螺纹与圆锥外螺纹组成“锥/锥”配合；圆柱内螺纹与圆柱外螺纹组成“柱/锥”配合。应注意柱/锥配合并不是与G螺纹配合使用，因为两者牙型并不匹配。为确保螺纹连接密封性的可靠性，应在螺纹副内添加合适的密封介质，如魔绳、密封胶等。3.2 法兰连接水压试验通常使用的法兰有以下几类：突面（RF）图3 保温现场图示图4 开关孔现场图示图5 目视检查现场图示84SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.20 工 业 与 技 术科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION法兰、平面（FF）法兰、凹凸（MF）配合法兰。在对法兰尺寸核实时，按照设备图标注公称直径、承压等级、法兰类型进行查询即可，部分设备法兰为非标法兰，无法在标准中进行查找，可查询是否有相应的设备图或到现场进行测量。法兰标识与压力单位：除了法兰的公称直径（DN）外，法兰承压等级是法兰尺寸查找需要用到的重要参数。以下将介绍两种承压系列及常规的压力单位知识。公称压力与磅级说明：公称压力（Nominal Pressure，PN）为欧洲标准，单位为MPa。美标磅级Class系列为美国标准，单位为磅（Lb）。在不同的材料组别和使用温度下，公称压力Class与PN均有不同的对应压力，详细可以查询相关的规范标准。水压试验项目中，通常处于常温工况（38），且TSD所使用的材质为304不锈钢或316不锈钢。在此条件下，可以“近似”认为PN20=Class150并对应2.0 MPa。4 充水充水可分为系统充水，SED（SER）水源充水或其他方式充水。系统充水的需要联系主控制室，由主控来进行充水的操作。由SED（SER）水源充水的需做好防跑水工作，用双卡箍紧固并设置防甩脱绳、蓝色塑料袋，并安排专人巡视接口部位，对于出水口应有专人观察，做好防溺水工作。对于其他方式的充水做好特殊准备，保证水源质量，避免引入异物。需要注意的是充水过程需要彻底，做到排空容器内的空气，必要时可以用SED（SER）水源系统压力进行升压4。5 升降压与保压检查水压试验前应做好充分的风险分析，并制定相应的预防措施，升压前应确保容器已经完成冲水排气。所有需要检查的表面应当保持干净且可被观察。当压力容器的壁温稳定后进行升压。升压或者降压速率一般不超过10 bar/min，且升降压速率需要满足相关系统运行规范及大纲要求。水压试验前通常会进行预试验，试验压力为容器工作压力或设计压力，以便检查试验回路、隔离边界的完整性及试验设备的可用性。升至试验压力时，在压力稳定的10 min后进行检查。在进行检查的过程中，须保证压力稳定。如因阀门内漏，法兰接触面泄漏引起的少量压力下降，可通过间断补压的方式保持压力稳定。验收标准为设备的外壁与焊缝无泄漏或者渗漏，无明显的残余变形。在下列情况下，接头、法兰密封面、边界阀门的轻微泄漏是可以接受的。（1）泄漏不影响保压（可以通过泵补水或不补水）。（2）泄漏不影响检查。保压结束后，操作边界内泄压阀进行泄压操作，泄压至常压。检查确认容器无明显的残余变形。6 排水与吹扫排水前需确认容器内压力已降为大气压，排水前需通知主控，并安排专人观察排水点以保证不会造成排水速率过快而导致的漏水情况。必要时可以加压排水。对于气体介质的容器或使用含硼水介质的容器在水压试验后需进行吹扫干燥5-7。7 系统恢复系统恢复的标准是交接到本专业的状态与能恢复到的状态，主要包括TSD的拆除，可操作阀门的恢复，通知相关配合专业进行工作以及工完场净。对于系统后面有其他工作的，应当在系统恢复后及时归还工作许可证，保证能够及时解除隔离而不影响后续工作8-10。8 结语本文对CPR1000机组压力容器水压试验实施过程的关键步骤进行了介绍，其中试验前现场环境条件的核实，先决条件的实施对试验能否如期顺利进行存在关键影响，充分的前提核实对工作开展十分必要。科学、规范、合理的水压试验实施流程有利于水压试验的顺利实施和检验有效性，从而提升对压力容器的完整性、密闭性验证的准确度。参考文献1 邢飞龙,曾海波,李守彬,等.核电站役前和在役检查中的声发射检测J.无损检测,2018,40(1):61-64.2 潘晓丽,朱健.特种设备水压试验J.品牌与标准化,2011(24):51-52.3 谢卫平.核电厂放射性设备检修的辐射危害因素分析和防护策略J.职业卫生与应急救援,2022,40(5):598-602.4 白福岩.压力容器水压试验控制J.科技创新与应用,2015(21):129.5 张庆生.压力容器水压试验控制分析J.深冷技术,2012(7):27-30.6 贺凯悦.多工位钢管水压试验机的研究与设计D.天津:天津理工大学,2019.7 赵丽琼.水压试验用校准瓶标定系统的分析与设计D.大连:大连理工大学,2018.8 崔甫超,戴猛.核级承压容器水压试验水温及水质分析J.科技视界,2020(13):50-51.9 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