一回路冷態(tài)水壓試驗探討

劉正春

【摘 要】壓水堆核電廠正常運行時一回路壓力為15.4MPa，組成一回路壓力邊界的主要設備為壓水反應堆、蒸汽發(fā)生器、反應堆冷卻劑泵、穩(wěn)壓器等部件組成，通過一回路壓力邊界內的設備運行將反應堆堆芯中核裂變反應產(chǎn)生的熱量傳送到蒸汽發(fā)生器，從而冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀，而蒸汽發(fā)生器供給汽輪發(fā)電機組（二回路）所必需的蒸汽。反應堆冷卻劑系統(tǒng)組成的一回路壓力邊界內設備的正常運行對于保證反應堆穩(wěn)定運行至關重要。正常運行時，反應堆冷卻劑系統(tǒng)維持168噸溫度為310℃、壓力為15.4MPa的欠飽和水，這些冷卻劑在主冷卻劑泵的驅動下，循環(huán)流動，流經(jīng)反應堆堆芯，帶出裂變反應產(chǎn)生的熱量，在蒸汽發(fā)生器中，將這些熱量傳遞到二回路給水，產(chǎn)生蒸汽，驅動汽輪機發(fā)電。當一回路壓力邊界失效，將無法維持穩(wěn)定的一回路壓力，一回路壓力下降，將使得溫度為310℃的過冷水變?yōu)轱柡退瑥亩a(chǎn)生大量的蒸汽，進入堆芯的冷卻劑將變?yōu)槠簝上嗔骰蜻^熱蒸汽，傳熱效果大大下降，同時產(chǎn)生大量的蒸汽，流經(jīng)主冷卻劑泵，將導致主冷卻劑泵葉輪發(fā)生汽蝕，流量下降，進一步惡化的反應堆堆芯的冷卻。堆芯核裂變或核燃料衰變產(chǎn)生的大量熱量如果不能及時導出，將可能產(chǎn)生嚴重的后果甚至堆芯融化，從而造成重大的核安全事故。

【關鍵詞】一回路壓力邊界；冷卻劑；主冷卻劑泵

一回路水壓試驗的目的是使反應堆冷卻劑系統(tǒng)經(jīng)過承受高于正常運行壓力的一個合適的水壓試驗壓力，來證明在本次試驗結束到下次試驗實施之前的這段時間里反應堆一回路系統(tǒng)在正常運行和設計的事故工況下是安全的，是滿足核安全法規(guī)的。壓水堆核電廠水壓試驗遵照RSEM（1997年版）規(guī)范執(zhí)行。按照規(guī)范，第一次重復水壓試驗應在初次水壓試驗之后的30個月以內進行。通常核電廠的首次在役水壓試驗安排在機組首次大修期間執(zhí)行。核反應堆的一回路水壓試驗是核電廠在調試及運行期間一項非常重要的高風險試驗。

由于水壓試驗承受高于一回路設備的正常承壓范圍。試驗過程中突然失壓將導致較為嚴重的后果。在水壓試驗泵投運期間，反應堆冷卻劑系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)化學和容積控制系統(tǒng)的上充泵保持小流量運行，以便在一回路水壓試驗泵意外解列和故障時能穩(wěn)定一回路冷卻的試驗壓力。當在試驗過程中發(fā)現(xiàn)在一回路法蘭組裝件、接頭之上的泄漏流量大于試驗泵的流量時，一回路必須要卸壓至3.0MPa進行重新緊固。注意此時余熱排出系統(tǒng)不能和一回路相連接，原因是余熱排出系統(tǒng)連接后再隔離將作為水壓試驗一次結果判定的記數(shù)。在一回路壓力在17.2MPa再往上升壓之前試驗邊界上的閥門已經(jīng)關閉，并經(jīng)過聯(lián)合檢查加以確認。閥門在線不到位，或者壓力邊界的閥門、盲板、人孔門墊片等不在承壓范圍或設備安裝力矩不在要求范圍，可能導致嚴重的一回路失壓或跑水后果。當失去壓力指示或通訊聯(lián)系中斷時，停止一回路升壓。

1 試驗壓力

RSEM規(guī)范規(guī)定，試驗壓力應至少等于壓力容器設計壓力的1.2倍，并應等于構成主回路系統(tǒng)的承壓部件的最大設計壓力。反應堆壓力容器的設計壓力為17.23MPa.a，反應堆冷卻劑系統(tǒng)水壓試驗的壓力為設計壓力的1.2倍，即20.676MPa.a近似為20.7MPa.a，用相對壓力表示即為20.6MPa.g。

2 試驗溫度

RSEM規(guī)范規(guī)定試驗溫度應取下列值中的最大值：第一次試驗的規(guī)定溫度；反應堆壓力容器的RTNDT+30℃.某核電廠3號機組首次在役冷態(tài)水壓試驗的溫度下限為35℃，同時為防止一回路試驗回路溫度過高而造成檢查人員燙傷，某核電廠301大修一回路水壓試驗溫度范圍確定如下：35℃<試驗溫度<80℃。

3 驗收準則

1）對泄漏率的要求。在15.4MPa.g壓力下進行泄漏率計算，要求總泄漏率小于2301/h；

2）20.6MPa.g壓力平臺的檢查。試驗必須達到，在設計壓力的1.2倍時，確認焊縫無滲漏，各種密封面的連接處無異常，國家核安全局現(xiàn)場代表對試驗及其結果沒有提出異議。

4 超壓保護措施

穩(wěn)壓器安全閥先導控制柜上安裝固定卡子；在3.0MPa壓力以下，余熱排出系統(tǒng)處于投運狀態(tài)，反應堆冷卻劑系統(tǒng)的保護將通過余熱排出系統(tǒng)的SEB工M安全閥來保證；在3.0MPa和15.4MPa之間，超壓保護是由安全注入系統(tǒng)的試驗管線構成的（RIS124VP由EHP001/002MP控制）；在15.4MPa和20.6MPa試驗壓力之間，超壓保護由超壓保護裝置和相應的執(zhí)行機構來實現(xiàn)。試壓過程中，最大的風險是一回路突然泄壓，由于試驗過程中，軸封注入量較小，且有過剩下泄進行平衡，不會突然升壓，特別是化容系統(tǒng)的下泄孔板隔離后。某電廠在進行水壓試驗時，由于穩(wěn)壓器的安全閥的固定卡子損壞，導致一回路壓力在短時間內泄壓到常壓，使得一回路壓力邊界承受較大的應力。

5 試驗回路的構成

反應堆冷卻劑系統(tǒng)的水壓試驗回路由以下構成：壓力容器及其頂蓋、壓力容器熱電偶套管的導向管（耐壓管）、壓力容器驅動機構的套管、一回路主管道，即1，2回路的冷段、過渡段和熱段；蒸汽發(fā)生器的一次側；承壓情況下主泵的泵殼；穩(wěn)壓器及其波動管線；穩(wěn)壓器安全閥管線；內徑大于25mm的輔助管道及相關的閥門和附件：回路的旁通管線、穩(wěn)壓器和噴淋管線：連接反應堆冷卻劑系統(tǒng)到輔助系統(tǒng)直到第二個隔離機構的管線。鑒于試驗操作的理由，承壓邊界擴展到超出反應堆冷卻劑邊界外的高壓輔助管線的管段，這些系統(tǒng)是：主泵一號軸封的注入管線；直到減壓閥的過剩下泄管線；安全注入系統(tǒng)止回閥的試驗管線。

6 試驗過程

反應堆冷卻劑系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)完成充水排氣。需要充水排氣的系統(tǒng)為化學容積系統(tǒng)、安全注入系統(tǒng)、余熱排出系統(tǒng)、反應堆冷卻劑系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、廢氣廢液處理系統(tǒng)。

反應堆冷卻劑回路及輔助系統(tǒng)充水排氣完成后，主系統(tǒng)升壓到2.5MPa壓力，余熱排出系統(tǒng)保持運行，啟動兩臺主冷卻劑泵進行一回路冷卻劑的加熱，溫度保持在70℃。持續(xù)10小時以上，以保證較厚的一回路設備及管道溫度均勻，減少溫差產(chǎn)生的熱應力。并在2.5MPa進行一回路冷卻劑的泄露率測量，如果泄露量較大，需要進行查漏，防止在高壓情況下失控泄露。

泄露率計算合格后，余熱排出系統(tǒng)推出運行，保持核反應堆冷卻劑系統(tǒng)隔離。主冷卻劑泵停運，開始一回路冷卻劑的第一階段升壓。同時停運反應堆安全殼的通風系統(tǒng)，減少空氣流動產(chǎn)生的對一回路承壓的管道設備冷卻而產(chǎn)生的熱應力。

以0.1MPa/min的速率，反應堆冷卻劑系統(tǒng)升壓到7.0MPa。關閉一個化學和容積控制系統(tǒng)的隔離閥及孔板。同時第一次對一回路冷卻劑承壓邊界的設備、閥門、焊縫進行檢查，確認完好無泄露。

繼續(xù)以0.1MPa/min的速率，反應堆冷卻劑系統(tǒng)升壓到10.0MPa.隔離化學和容積控制系統(tǒng)的第二個孔板和閥門。繼續(xù)升壓到15.4MPa的正常運行壓力。進行一回路壓力邊界的隔離閥門、孔板、承壓部件、焊縫的完整性檢查。啟動主冷卻劑泵，攪混一回路冷卻劑，使得溫度均勻后停運主冷卻劑泵。

啟動水壓試驗泵，一回路繼續(xù)以0.1MPa/min進行升壓到16.5MPa，隔離化學容積控制系統(tǒng)的第三個孔板，從而實現(xiàn)下泄的隔離。水壓試驗泵啟動后，通過主泵軸封注入和過剩下泄，進行一回路冷卻的升壓。

一回路繼續(xù)升壓到17.2MPa，進行一回路承壓邊界的閥門、孔板焊縫的檢查，確認完整無泄漏后，升壓到最高壓力20.6MPa。

在最高壓力平臺20.6MPa，保壓10分鐘后，開始進行最高壓力平臺的檢查工作，對一回路承壓邊界的閥門、孔板、焊縫、盲板等進行檢查確認，確認完整無泄漏異常。國家核安全局監(jiān)督人員認可后，開始一回路以0.1MPa/min的速率進行降壓2.5MPa。

降壓到2.5MPa后，余熱排出系統(tǒng)和反應堆冷卻劑系統(tǒng)連接。

水壓試驗結束。

7 泄漏率計算

在15.4MPa下進行的主系統(tǒng)泄漏率計算，在進行泄露率試驗時，一回路溫度是影響最大的因素。一回路兩臺主泵運行攪混后，記錄一環(huán)路冷段溫度、一環(huán)路熱段溫度、二回路冷段溫度、二環(huán)路熱段溫度、容控箱溫度、穩(wěn)壓器液相溫度、穩(wěn)壓器氣相溫度，這些溫度加權平均等到一回路平均溫度θ0，停運兩臺主泵，等待4小時以上。重新啟動兩臺主泵，每分鐘檢查一次溫度并計算權重平均溫度，當計算得到的溫度等于初始的溫度θ0，記錄時間。計算出試驗整體用時。泄漏率分為兩種泄露率，可識別的泄露率及不可識別的泄露率。可識別的泄露包括，泄壓箱水位變化量、中壓安注箱水位變化量、一回路外漏，但可被收集的泄露、主泵的軸封泄露率等。不可識別的泄露率為一回路的總的泄露率減去可識別的泄露率。閥門或設備的外漏分別在以下各壓力平臺下分別進行了相應的檢查，升壓階段，2.7MPa壓力平臺：實施壓力邊界閥門目視檢查；10.OMPa壓力平臺：實施壓力邊界閥門目視檢查；15.4MPa壓力平臺：實施壓力邊界閥門目視檢查：17.2MPa壓力平臺：投入聲發(fā)射檢查系統(tǒng)，開始進行聲發(fā)射檢查；20.6MPa壓力平臺：聲發(fā)射檢查CRDM、穩(wěn)壓器接管、RIC指套管焊縫、及其他壓力邊界的目視檢查；降壓階段：17.2MPa壓力平臺：停止進行聲發(fā)射檢查；15.4MPa壓力平臺：實施壓力邊界閥門及管道焊縫的目視檢查。焊縫和聲發(fā)射檢查結果，大修結束后，在役檢查報告中將會提交詳細檢查結果。

[責任編輯：王楠]