大型压水堆核电机组主设备密封性水压试验优化

摘要：按照核安全法规要求，为了检验管道和设备的强度以及完整性，核电厂营运单位需要机组运行期间定期实施压力试验，根据检查目的不同，压力试验分为强度水压试验和密封性试验。机组换料大修，正常运行边界内的部分核级设备进行了拆装和重新密封，为了确认恢复后的运行边界的密封性，满足机组运行要求，在反应堆恢复运行前进行密封性试验。

关键词：压力试验 强度水压试验

1传统密封性水压试验方法分析

核电厂作为高度复杂且安全要求极高的能源系统，其承压部件（如压力容器、主冷却剂泵、蒸汽发生器、稳压器、主管道、阀门等）在正常运行及事故工况下需承受极高的压力与温度。水压试验作为检验这些部件密封性的重要手段，对于确保核电厂的安全至关重要。然而，传统的水压试验方法存在试验周期长、试验方法复杂、试验边界设置繁琐、人因失误风险高、过程控制不精确、对部件潜在损伤风险较高等问题。

以田湾核电VVER机组为例，VVER反应堆对一、二回路密封性水压试验的要求如下：

1、机组换料大修，正常运行边界内的部分核级设备进行了拆装和重新密封，应对一、二回路系统实施密封性水压试验，每换料周期进行一次；

2、一回路密封性试验的压力为不低于16.1MPa 且不高于17.6MPa；二回路密封性试验不低于正常运行压力， 最高压力为7.84MPa。密封性试验必须在系统处于试验压力和温度时进行检查，以便判断是否存在泄漏；

3、在进行水压试验时压力变化速度不大于0.98MPa/min；

4、密封性试验水质应满足系统运行技术要求，其中一回路密封性试验介质使用硼酸溶液；

5、水压试验升压前，对设备和管道进行加热，水压试验期间冷却剂最低温度要求和反应堆运行时间相关。在一回路密封性水压试验过程中，试验介质温度在机组运行寿期初不低于95℃，运行寿期末不低于100℃。

6、一回路密封性试验的最小边界为机组正常运行边界，其中阀门的设置与正常反应堆启动所要求的状态一致。

按照原设计使用进行密封性水压试验时存在以下问题：

1、田湾核电1-4号机组当前一回路密封性水压试验压力为17.6MPa，该压力为一回路设备管道的计算压力，高于正常运行压力15.7Mpa。1-4号机组稳压器安全阀整定压力为18.11MPa，由于17.6Mpa的试验压力以及0.3Mpa的误差，试验期间略有偏差就有可能引起一回路压力超过整定值导致安全阀动作，因此当前实施密封性水压试验期间必须对稳压器安全阀进行手动闭锁，此时一回路丧失超压保护功能，且对稳压器安全阀进行手动闭锁步骤复杂、风险较高。

2、田湾核电1-4号机组当前二回路密封性水压试验压力为7.84MPa，高于正常运行压力6.2MPa。水压试验期间需要闭锁蒸汽发生器安全阀和支吊架，此时二回路丧失超压保护功能。

3、在频繁且相对较高的密封性试验压力下，存在较高主设备和管道的疲劳损伤风险。

4、在频繁且相对较高的密封性试验压力下，密封边界的阀门等可靠性将受到影响，由于试验期间采用人员巡检的方式进行查漏，巡检人员的工业安全风险较高。

2热态下密封性水压试验方法简述

针对以上风险，田湾核电站优化水压试验方法在进行反应堆加热至热态时同时进行主设备密封性试验，通过控制一回路加热速度保证水压试验时压力变化速度不超限；反应堆达到热态额定压力后，通过临时变更修改稳压器压力设定值将一回路压力继续提升至密封性水压试验平台继续进行主设备密封性试验；反应堆加热过程中利用一回路冷却剂温度同步加热二回路给水，同步进行二回路密封性水压试验。

核心创新点如下：

（1）改变预热方法，在进行反应堆加热至热态时同时进行主设备密封性试验，不需要单独进行反应堆和蒸汽发生器等设备和管道的预热；

（2）改变升压方法，通过控制一回路加热速度保证水压试验时压力变化速度不超限，不需要将反应堆升至满液位使用水压试验泵升压；

（3）优化试验方法，反应堆达到热态额定压力后，使用临时变更修改稳压器压力设定值将一回路压力继续提升至密封性水压试验平台继续进行主设备密封性试验，不再通过水压试验泵维持试验压力；

（4）简化水压试验步骤，取消反应堆升降液位、水压试验后恢复系统加热工况等步骤，实现缩短水压试验时间，减少反应堆换料大修周期；

具体试验步骤如下：

一、准备阶段：

确认所有参与试验的一回路设备处于良好状态，包括一回路主设备、上充泵、下泄调节阀等，一回路具备加热条件；

检查并关闭一回路水压试验边界所有阀门和通道，确保试验过程中压力不会泄漏至其他系统；

确认二回路设备处于良好状态，包括蒸汽发生器、辅助给水泵、主给水泵、主给水阀组、主蒸汽阀组等，二回路具备启动条件；

二、执行试验

步骤一、一回路冷态水压试验阶段

1）充注一回路并进行充分排气，确保一回路已经完全充满；

2）使用上充泵向一回路注入冷却剂，以不超过0.98MPa/min速度提升一回路压力至3.2MPa平台，并进行检漏。

步骤二、一回路动态排气

1）一回路降压至1.5-1.8MPa并在稳压器中建立氮气垫，

2）启动主泵运行10min后进行一回路动态排气；

步骤三、一回路加热

1）一回路具备加热条件后启动主泵加热一回路，通过控制一回路加热速度保证以不超过0.98MPa/min提升一回路压力进至额定压力15.78MPa，期间在一回路压力2.9～3.4MPa、9.5～10.1MPa平台进行检漏；

2）利用一回路冷却剂温度同步加热二回路给水，二回路压力在2.0～3.0MPa、6.0～6.4MPa压力平台并进行检漏；

步骤四、进行一回路密封性水压试验

1）通过临时变更修改稳压器压力定值为16.15MPa，提升一回路压力至16.1～16.3MPa压力平台并进行检漏。

步骤五、维持机组热态运行

试验结束后将稳压器压力定值恢复为15.78MPa，降低一回路压力为额定压力，反应堆维持热态。

通过优化试验方法利用发应堆加热区间进行主设备密封水压试验，简化了试验流程、降低了试验压力、提升了试验过程的控制精度，节省反应堆主线工期是16h-20h，有效提高了试验的准确性与可靠性，降低了对部件的潜在损伤风险，为核电厂的安全运行提供了有力保障。

3结论

通过优化试验方法利用发应堆加热区间进行主设备密封水压试验，简化了试验流程、降低了试验压力、提升了试验过程的控制精度，有效提高了试验的准确性与可靠性，降低了对部件的潜在损伤风险。同时，该方法还缩短了试验周期，提高了工作效率，为核电厂的安全运行提供了有力保障。

（1）该方法有效降低水压试验操作过程中的核风险及运行风险，避免一、二回路超压，增加了发电机组的经济效益。

（2）该方法提高了试验的准确性与可靠性，降低了试验压力并提升试验温度，在试验中有效控制一、二回路设备与管道压力变化速率，防止其变形损坏，降低了对部件的潜在损伤风险。

（3）该方法有效缩短了试验时长，提高了工作效率，同时减少一、二回路设备在高压工况下的运行事件风险，为核电厂的安全运行提供了有力保障。

（4）该方法大量简化了试验步骤，显著降低了水压试验期间人员操作难度，提高了工作效率并降低人因失误风险；

（5）该方法进行密封性水压试验期间稳压器安全阀、主蒸汽阀组正常投用，保证了一、二回路超压保护功能。

参考文献：

[1]核电站水压试验泵维修关键技术总结[J]. 周仕雄;白川;孙杰;陈淼;张超杰.设备管理与维修，2023（19）

[2] 隔爆外壳水压试验工装的设计[J]. 路娟;吴承瑞;白雪艳.机械制造，2023（09）

作者简介：孙玉彪（1988.01-），男，汉，河南省商丘市，江苏核电有限公司，本科，工程师，核电厂运行。