EPR三代核電站核島輔助系統(tǒng)壓力試驗(yàn)系數(shù)的選取

易博俊

臺(tái)山核電合營有限公司，廣東臺(tái)山 529228

核島輔助系統(tǒng)指核島內(nèi)除主管道外所有管道和支架組成的系統(tǒng)回路，輔助系統(tǒng)安裝完成以后，需要通過壓力試驗(yàn)對輔助系統(tǒng)安裝質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。而壓力試驗(yàn)是指在常溫條件下，采用運(yùn)行壓力乘以一個(gè)系數(shù)得到的試驗(yàn)壓力，對輔助系統(tǒng)回路進(jìn)行的質(zhì)量檢驗(yàn)。這個(gè)系數(shù)就是管道壓力試驗(yàn)系數(shù)。管道壓力試驗(yàn)系數(shù)的選取，是CEPR 核島輔助系統(tǒng)壓力試驗(yàn)中與CPR1000 核電工程差異性最大的部分，也是要求更加嚴(yán)格的部分。

對于 CPR1000 二代半壓水堆核電站，建造規(guī)范采用RCC-M Edition 2000 &addendum June 2002，管道壓力試驗(yàn)系數(shù)的取用規(guī)則為：核島輸送一回路流體的管線取1.25；輸送主蒸汽、主給水等高能流體的管線取1.5；其他管線壓力試驗(yàn)系數(shù)取1.1。該規(guī)則只需要確定管線的基本參數(shù)后，就能夠直接對應(yīng)出管線的固定壓力試驗(yàn)系數(shù)，執(zhí)行簡單。

但對于EPR 三代壓水堆核電站，壓力試驗(yàn)系數(shù)的選取按照質(zhì)量等級進(jìn)行了劃分，并根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)定了詳細(xì)的選取公式。首先EPR 將管線的級別分為四個(gè)不同的質(zhì)量等級，分別為Q1、Q2、Q3 和NC 級。

對于Q1、Q2 級管線，采用RCC-M 2007 edition 建造規(guī)范，不能采用固定的壓力試驗(yàn)系數(shù)，而是需要根據(jù)管線的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后再選取。管道壓力試驗(yàn)必須滿足RCC-M2007 B5221中規(guī)定的試驗(yàn)壓力最小值，同時(shí)也不能夠超過RCC-M2007 B3641 中的材料屈服強(qiáng)度。即：

試驗(yàn)壓力下限 Ptest為（RCC-M2007 B5221）：

PS：設(shè)計(jì)壓力；Sm：許用應(yīng)力；TEH：試驗(yàn)溫度；TS：設(shè)計(jì)溫度。

試驗(yàn)壓力上限 PTmax為（RCC-M2007 B3641）：

Sy：屈服強(qiáng)；D0：名義直徑；y 取0.4 ；tminibended：彎曲最小壁厚。

對于質(zhì)量等級為Q3 和NC 級管線，需遵守EN13480 歐洲標(biāo)準(zhǔn)建造規(guī)范，也不能采用固定的壓力試驗(yàn)系數(shù)，需要根據(jù)管線的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后再選取。管道壓力試驗(yàn)必須滿足EN13480-5 9.3.2.2 中規(guī)定的試驗(yàn)壓力最小值，同時(shí)也不能夠超過EN13480-3 中的材料機(jī)械強(qiáng)度極限值。即：

試驗(yàn)壓力下限Ptest為（EN13480-5 9.3.2.2）：

PS：設(shè)計(jì)壓力； ftest：試驗(yàn)溫度下許用應(yīng)力；f：設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力。

1）試驗(yàn)壓力上限 PTmax為（EN13480-3）：

材料試驗(yàn)溫度下許 用應(yīng)力ftest:

2）管道最大允許試驗(yàn)壓力 PTmax:

3）彎頭最大允許試驗(yàn)壓力PTmax:

4）取管道和彎頭最大允許試驗(yàn)壓力的最小值作為試驗(yàn)壓力上限：

ReH:室溫下屈服強(qiáng)度；ftest：試驗(yàn)溫度下 許用應(yīng)力；Do：名義直徑；Di：管道內(nèi)徑；tminibended：彎曲最小壁厚；e：承壓最小壁厚；z：聯(lián)合系數(shù)。

壓力試驗(yàn)系數(shù)的下限為 試驗(yàn)溫度與設(shè)計(jì)溫度下管道材料許用應(yīng)力比值的1.25 倍，同時(shí)不能低于1.43 倍，即：首先需滿足最低1.43 倍的試驗(yàn)系數(shù)；其次，由于在不同溫度下管道材料的承壓能力不同，如：X2CrNi18-9 在350℃和20℃下的許用應(yīng)力分別為80.7 MPa 和143.3MPa，所以為確保有效的檢驗(yàn)管道系統(tǒng)在設(shè)計(jì)溫度下的承壓能力，壓力試驗(yàn)系數(shù)的選取是在1.25 倍試驗(yàn)系數(shù)的基礎(chǔ)上乘以壓力試驗(yàn)溫度和設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力的比值，從而對管道系統(tǒng)在運(yùn)行工況下的耐壓能力進(jìn)行更加科學(xué)有效的檢驗(yàn)。

同時(shí)，由于部分管線（如與一回路連接）其試驗(yàn)溫度與設(shè)計(jì)溫度下管道材料許用應(yīng)力比值非常高，有的達(dá)到3 倍以上，太高的試驗(yàn)壓力可能超出管道材料的耐壓極限，導(dǎo)致管線損壞失效，所以在壓力試驗(yàn)系數(shù)的選取時(shí)，還必須考慮試驗(yàn)壓力的上限值PTmax，即應(yīng)考慮材料的機(jī)械性能，保證壓力試驗(yàn)不超過材料的屈服強(qiáng)度極限，使壓力試驗(yàn)在相對安全的條件下進(jìn)行。

在確定了壓力試驗(yàn)系數(shù)的選取方法后，應(yīng)根據(jù)管道的材質(zhì)、類型，計(jì)算 各個(gè)管道在不同溫度梯度的最小壓力試驗(yàn)系數(shù)，繪出溫度-最小壓力試驗(yàn)系數(shù)擬值曲線圖。還應(yīng)根據(jù)管道的基本參數(shù)信息，計(jì)算各個(gè)管道在不同設(shè)計(jì)溫度梯度的試驗(yàn)壓力極限值，繪出的溫度-試驗(yàn)壓力極限值擬值曲線。

然后按照管線清單建立管線基本參數(shù)表，包含管道設(shè)計(jì)壓力、溫度、質(zhì)量級別、材質(zhì)、管徑、壁厚等基本信息；將每個(gè)管線基本參數(shù)表分別代入到兩個(gè)擬值曲線（溫度-最小壓力試驗(yàn)系數(shù)、試驗(yàn)壓力極限值擬值曲線）中，選取出每一條管線的最小壓力試驗(yàn)系數(shù)以及試驗(yàn)壓力極限值。

再根據(jù)調(diào)試回路的劃分，將相同或相近設(shè)計(jì)參數(shù)的管線劃分到同一壓力試驗(yàn)回路下，并對劃分在同一個(gè)試壓回路內(nèi)的管線進(jìn)行分析計(jì)算，回路的試驗(yàn)壓力應(yīng)保證大于所有管線的最小試驗(yàn)壓力，且必須同時(shí)滿足小于所有管線的最大試驗(yàn)壓力。即：

當(dāng)按照上述方法計(jì)算出來的試驗(yàn)壓力上限值小于試驗(yàn)壓力下限值時(shí)，為防止管線超壓損壞，應(yīng)取試驗(yàn)壓力的上限值作為試壓回路的試驗(yàn)壓力。即：

同時(shí)，當(dāng)試壓回路中若有設(shè)備需要參與壓力試驗(yàn)時(shí)，若計(jì)算出來的試壓回路的試驗(yàn)壓力大于設(shè)備最大允許試驗(yàn)壓力時(shí)，為避免因試壓導(dǎo)致設(shè)備損壞，應(yīng)將回路的試驗(yàn)壓力降低到設(shè)備的最大允許試驗(yàn)壓力。

目前，該壓力試驗(yàn)系數(shù)的選取方法已經(jīng)應(yīng)用在臺(tái)山核電一期1 號機(jī)組EM4 輔助系統(tǒng)水壓試驗(yàn)回路TFD 的邊界劃分和試驗(yàn)壓力確定中，部分TFD 回路已按該方法所取的壓力試驗(yàn)系數(shù)順利完成了水壓試驗(yàn)。

[1]Design and construction rules for mechanical components of PWR Nuclear islands，RCC-M 2007 edition [S].

[2]The European Standard-Metallic industrialpiping EN 13480-3&5:2002 [S]

[3]Design and construction rules for mechanical components of PWR Nuclear islands，RCC-M Edition 2000&addendum June 2002 [S].

[4]AREVA NP，TSN-EM4-Technical Requirements–Installation and Prefabrication of Piping and Associated Supports.