首臺AP1000高壓氫氣升壓站氣壓試驗(yàn)方案及風(fēng)險(xiǎn)分析

摘要：三門核電是國內(nèi)外核電廠中首個(gè)建設(shè)40MPa以上的氫氣升壓站，對于標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、試驗(yàn)項(xiàng)目等均存在一定的挑戰(zhàn)性。文章介紹了首臺AP1000核電站高壓氫氣升壓站系統(tǒng)，針對40MPa以上的高壓系統(tǒng)提出了壓力試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、泄漏率試驗(yàn)方案，分析了潛在的風(fēng)險(xiǎn)，并提出了相應(yīng)的防范措施。

關(guān)鍵詞：AP1000；高壓；壓力試驗(yàn)；氣密性試驗(yàn)；泄漏率試驗(yàn)；風(fēng)險(xiǎn)分析 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）24-0024-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.24.012

AP1000出于簡化設(shè)計(jì)、減少設(shè)備的目的，將CVS（化學(xué)和容積控制系統(tǒng)）采用高壓加氫技術(shù)，在電廠正常運(yùn)行期間，直接向一回路注入20.68MPa以上的高壓氫氣，以抑制水的輻照分解，減少腐蝕產(chǎn)物和活化產(chǎn)物，降低核電廠的輻照劑量。AP1000標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中采用高壓氫氣瓶供給氫氣，氣瓶容積37.4L，設(shè)計(jì)壓力為41.4MPa。由于國內(nèi)市場上無法直接采購到41.4MPa的高壓氫氣，經(jīng)設(shè)計(jì)院評估，三門核電額外增加一個(gè)高壓氫氣升壓站，為六臺機(jī)組提供高壓氫氣。

對于西屋設(shè)計(jì)的41.4MPa氫氣，國內(nèi)沒有可以依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范存在一定的滯后和混亂性。三門核電也是國內(nèi)外核電廠中首個(gè)建設(shè)40MPa以上的氫氣升壓站，對于標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、試驗(yàn)項(xiàng)目等均存在一定的挑戰(zhàn)性。

1 系統(tǒng)概況

三門核電的高壓氫氣升壓站為海德利森專用固定式氫氣增壓站系統(tǒng)，采用1.0～20MPa儲氣瓶中的氫氣作為被壓縮介質(zhì)，使用低壓壓縮空氣作為增壓機(jī)動(dòng)力源，把氫氣增壓至41.4MPa，經(jīng)過高壓匯流排對高壓氫氣瓶進(jìn)行灌充，灌充完成后運(yùn)至廠內(nèi)高壓儲氫站，供高壓氫氣用戶使用。

本臺氫氣增壓系統(tǒng)為一套獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，由對氫氣增壓、氫安全監(jiān)控報(bào)警、系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)視控制等子系統(tǒng)組成，能夠具有41.4MPa儲氫瓶充裝的加注能力。系統(tǒng)配六臺獨(dú)立氣動(dòng)氫增壓泵并聯(lián)設(shè)計(jì)，三臺平均流量即可達(dá)到正常流量要求，可互為備份，當(dāng)某個(gè)增壓缸出現(xiàn)問題，可切換至備用增壓缸運(yùn)行，確保充裝工作可靠性。匯流排為高壓設(shè)計(jì)，采用SS316不銹鋼材料，設(shè)計(jì)壓力70MPa。同時(shí)可充10個(gè)瓶，分兩組，可同時(shí)操作，也可分別操作，增加充裝靈活性。

圖1 高壓氫氣升壓站流程簡圖

2 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

2.1 先決條件

流程圖檢查、機(jī)械檢查、儀控檢查、電氣檢查、AOV檢查、PLC邏輯檢查等設(shè)備單體試驗(yàn)均已完成，未處理完的設(shè)備缺陷不影響本試驗(yàn)進(jìn)行。

2.2 試驗(yàn)方案的確定

（1）壓力試驗(yàn)邊界的確定，驗(yàn)證從升壓泵出口經(jīng)匯流排到高壓氫氣瓶之間的系統(tǒng)完整性；（2）升壓設(shè)備的確定，利用設(shè)備自帶的升壓泵進(jìn)行增壓試驗(yàn)，同時(shí)可以驗(yàn)證泵的性能；（3）升壓臺階等級的確定，將試驗(yàn)壓力分為21MPa、25.5MPa、30MPa、34.5MPa、39MPa、43.5MPa六個(gè)臺階，每個(gè)臺階保壓30min，合格后繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)臺階。

2.3 材料準(zhǔn)備及臨措

（1）15MPa氮?dú)馄拷M件，13MPa氦氣瓶組件，檢漏液；（2）向氫氣升壓站系統(tǒng)供應(yīng)氮?dú)夂秃獾呐R時(shí)措施已完成；（3）10支高壓氫氣瓶與系統(tǒng)連接已完成，且瓶閥已打開。

2.4 安全措施

（1）試驗(yàn)過程中由工作負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮，協(xié)調(diào)行動(dòng)，確保安全試驗(yàn)；（2）設(shè)備本體超壓雙重保護(hù)措施：首先，增壓泵超壓會自動(dòng)停機(jī)；其次，當(dāng)壓力設(shè)定失效，增壓泵不停機(jī)時(shí)，系統(tǒng)自身內(nèi)置安全閥自動(dòng)開啟卸壓，避免超壓，安全閥起跳和自恢復(fù)動(dòng)作要靈活，安全閥須在標(biāo)定有效期，按設(shè)計(jì)壓力的1.05倍標(biāo)定，試驗(yàn)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制系統(tǒng)壓力不超過安全閥動(dòng)作壓力（即43.5MPa）；（3）進(jìn)入現(xiàn)場必須穿戴好安全帽、護(hù)目鏡、防砸鞋等防護(hù)用品，管線發(fā)生泄漏時(shí)嚴(yán)禁帶壓緊固和錘擊敲打，在對設(shè)備進(jìn)行檢查和檢驗(yàn)時(shí)，不要過分用力；（4）確保安全的工作環(huán)境已建立，試驗(yàn)區(qū)域周圍拉上警戒線、設(shè)置醒目的警示標(biāo)識并有專人負(fù)責(zé)安全，防止非工作人員誤入試驗(yàn)區(qū)域；（5）系統(tǒng)充氦氣和氮?dú)夂螅瑧?yīng)加強(qiáng)工作區(qū)域氧氣濃度檢測，防止出現(xiàn)窒息事件；（6）在檢查過程中，相關(guān)人員須遵守相關(guān)的安全規(guī)程，遵循設(shè)備試驗(yàn)程序的相關(guān)注意事項(xiàng)，防止事故發(fā)生。

3 試驗(yàn)過程

3.1 檢查閥門

對閥門進(jìn)行在線檢查，確認(rèn)閥門的開關(guān)狀態(tài)。

3.2 向系統(tǒng)內(nèi)注入氮?dú)?/p>

（1）將氮?dú)馄拷M件連接到臨措口，打開氮?dú)馄拷M件出口閥；（2）緩慢打開進(jìn)氣閥門，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)上升到10MPa時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，保壓10分鐘，觀察是否有壓力下降，同時(shí)用檢漏液對焊縫和連接處進(jìn)行檢查，如找到泄漏點(diǎn)，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統(tǒng)壓力，對泄漏點(diǎn)進(jìn)行處理；如未找到泄漏點(diǎn)，則繼續(xù)試驗(yàn)；（3）緩慢打開進(jìn)氣閥門，使氫氣升壓站系統(tǒng)內(nèi)壓力與氮?dú)馄拷M件壓力平衡，觀察氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)，記錄壓力示數(shù)，保壓10分鐘，同上檢查方法，如未找到泄漏點(diǎn)，則繼續(xù)

試驗(yàn)。

3.3 氫氣升壓泵的初次啟動(dòng)

（1）按通用調(diào)試程序，對六臺氫氣升壓泵進(jìn)行運(yùn)行前檢查；（2）依次點(diǎn)動(dòng)六臺氫氣升壓泵，觀察泵是否運(yùn)行順暢、無卡澀。

3.4 壓力試驗(yàn)過程

（1）就地啟動(dòng)升壓泵MP-51，使系統(tǒng)升壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)上升至21MPa時(shí)，就地停運(yùn)升壓泵MP-51，保壓30分鐘后，壓力趨于穩(wěn)定后讀取壓力表示數(shù)，觀察是否有壓力降，同時(shí)用檢漏液對焊縫和連接處進(jìn)行檢查，如找到泄漏點(diǎn)，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統(tǒng)壓力，對泄漏點(diǎn)進(jìn)行處理；如未找到泄漏點(diǎn)，則繼續(xù)試驗(yàn)，記錄氫氣升壓泵相關(guān)運(yùn)行參數(shù)。（2）同上檢驗(yàn)方法，繼續(xù)升壓至25.5MPa、30MPa、34.5MPa、39MPa、43.5MPa，試驗(yàn)完成后緩慢打開泄壓閥門，使系統(tǒng)降壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)下降至21MPa時(shí)，緩慢關(guān)閉泄壓閥門。按上述方法分別單獨(dú)啟動(dòng)另外五臺升壓泵MP-52～MP56進(jìn)行壓力試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，緩慢關(guān)閉進(jìn)氣閥門，緩慢打開泄壓閥門使系統(tǒng)降壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)下降至0MPa時(shí)，緩慢關(guān)閉泄壓閥門，卸下氮?dú)馄拷M件。

3.5 氣密性試驗(yàn)過程（第一階段）

（1）將氦氣瓶組件連接到臨措口，打開氦氣瓶組件出口閥；（2）緩慢打開進(jìn)氣閥門，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)上升到2.5MPa時(shí)，關(guān)閉閥門進(jìn)氣閥門，保壓30分鐘后，壓力趨于穩(wěn)定后讀取壓力表示數(shù)，用檢漏液對焊縫和連接處進(jìn)行檢查，如找到泄漏點(diǎn)，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統(tǒng)壓力，對泄漏點(diǎn)進(jìn)行處理，如未找到泄漏點(diǎn)則繼續(xù)試驗(yàn)；（3）關(guān)閉氦氣瓶組件出口閥，卸下氦氣瓶組件，將氮?dú)馄拷M件連接到臨措口，打開氮?dú)馄拷M件出口閥；（4）緩慢打開進(jìn)氣閥門，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)上升到10MPa時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，保壓30分鐘后，同上檢查方法，如未找到泄漏點(diǎn)，則繼續(xù)試驗(yàn)；（5）緩慢打開進(jìn)氣閥門，使氫氣升壓站系統(tǒng)內(nèi)壓力與氮?dú)馄拷M件壓力平衡，觀察氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)，記錄壓力示數(shù)，保壓30分鐘后，同上檢查方法，如未找到泄漏點(diǎn)，則繼續(xù)試驗(yàn)；（6）就地同時(shí)啟動(dòng)六臺升壓泵，使系統(tǒng)升壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)上升至41.4MPa時(shí)，就地同時(shí)停運(yùn)這六臺升壓泵，并用檢漏液對焊縫和連接處進(jìn)行檢查，如找到泄漏點(diǎn)，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統(tǒng)壓力，對泄漏點(diǎn)進(jìn)行處理；如未找到泄漏點(diǎn)，應(yīng)繼續(xù)保壓不少于30分鐘，無壓力降則開始進(jìn)行泄漏量試驗(yàn)。

3.6 泄漏量試驗(yàn)過程

使系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，觀察氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)為41.4MPa時(shí)，保壓24小時(shí)，平均每小時(shí)的泄漏率小于0.5%時(shí)判定為合格，記錄試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)的系統(tǒng)壓力和溫度，計(jì)算系統(tǒng)平均每小時(shí)的泄

漏率。

3.7 氣密性試驗(yàn)（第二階段）

（1）關(guān)閉進(jìn)氣閥門，緩慢打開泄壓閥門，卸去系統(tǒng)壓力，系統(tǒng)壓力降至0MPa，關(guān)閉泄壓閥門；（2）緩慢打開進(jìn)氣閥門，使系統(tǒng)升壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)上升至2MPa時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，使用檢漏液對焊縫和連接處進(jìn)行檢查，以無泄漏為合格。如找到泄漏點(diǎn)，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統(tǒng)壓力，對泄漏點(diǎn)進(jìn)行處理；如未找到泄漏點(diǎn)，應(yīng)繼續(xù)保壓不少于30分鐘，無壓力降。

3.8 系統(tǒng)恢復(fù)

緩慢打開泄壓閥門，使系統(tǒng)降壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數(shù)下降至0.1MPa時(shí)，關(guān)閉泄壓閥門；拆除設(shè)備臨措和恢復(fù)閥門狀態(tài)。

4 風(fēng)險(xiǎn)分析

40MPa以上的氣壓試驗(yàn)是一項(xiàng)很具有危險(xiǎn)性的試驗(yàn)，風(fēng)險(xiǎn)主要來自于人身安全和系統(tǒng)部件安全，試驗(yàn)前應(yīng)對試驗(yàn)中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別和評估，做好相應(yīng)的防范措施，確保試驗(yàn)順利進(jìn)行。

4.1 加壓管線泄漏傷人

防范措施：試驗(yàn)前檢查廠家提供的管道焊后PT檢驗(yàn)記錄，試壓前對管線及匯流排軟管和氣瓶連接處進(jìn)行檢查，確保完好。

4.2 違章作業(yè)

防范措施：對工作組成員進(jìn)行嚴(yán)格的試壓前試驗(yàn)方案交底，安全交底，禁止帶壓修理，引起人員傷害，同時(shí)加強(qiáng)試驗(yàn)過程的人員安全檢查監(jiān)督。

4.3 機(jī)具風(fēng)險(xiǎn)

工機(jī)具及度量儀表使用中出現(xiàn)故障試驗(yàn)失敗。

防范措施：做好應(yīng)急預(yù)案準(zhǔn)備，對可能出現(xiàn)的設(shè)備損壞要保證庫存。

4.4 過程風(fēng)險(xiǎn)

壓力上不去，試驗(yàn)失敗。

防范措施：確保氮?dú)夤?yīng)充足且在1MPa以上，閥門的設(shè)備狀態(tài)正常。

4.5 壓力風(fēng)險(xiǎn)

升降壓太快，引起系統(tǒng)內(nèi)壓力不平衡，損壞系統(tǒng)

部件。

防范措施：嚴(yán)格按照升壓平臺進(jìn)行分臺階升壓及緩慢泄壓。

4.6 時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)

增壓設(shè)備長時(shí)間工作故障，造成系統(tǒng)在較高壓力下長時(shí)間等待。

防范措施：試驗(yàn)前對加壓設(shè)備全面認(rèn)真檢查，試驗(yàn)過程中安排專人加強(qiáng)檢查。

5 結(jié)語

三門核電作為國內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展的三代核電首個(gè)自主化依托項(xiàng)目，40MPa以上壓力的氫氣升壓站是核電廠重大危險(xiǎn)源之一，本方案利用氮?dú)夂秃庾鳛樵囼?yàn)用氣，分臺階進(jìn)行壓力試驗(yàn)，分階段進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，確保試驗(yàn)的安全性和可靠性，也驗(yàn)證了升壓泵的性能；分析了試驗(yàn)過程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)并提出防范措施，為后續(xù)眾多規(guī)劃建設(shè)中的AP1000項(xiàng)目具有一定的借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧軍.AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2010.

作者簡介：謝建江（1986-），男，浙江臺州人，三門核電有限公司助理工程師，研究生，研究方向：核電廠氣體系統(tǒng)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）