核級承壓容器水壓試驗水溫及水質(zhì)分析

崔甫超 戴猛

摘 要M310型機(jī)組核級承壓容器水壓試驗，是對核級高能容器強(qiáng)度和密封性的驗證。由于核級承壓容器的重要性，其水壓試驗用水對溫度及水質(zhì)有著嚴(yán)格的要求。通過同行電廠調(diào)研、規(guī)范分析和技術(shù)分析，明確核級承壓容器水壓試驗水溫控制和水質(zhì)的要求，有助于對M310型機(jī)組核級承壓容器水壓試驗準(zhǔn)備和實(shí)施工作起到良好的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞容器;水壓試驗;水溫;水質(zhì)

核電廠核級承壓容器水壓試驗是法規(guī)和規(guī)范要求的項目，而且在壽期內(nèi)間隔固定期限（一般為十年或五年）后需重復(fù)進(jìn)行，按照法定規(guī)范進(jìn)行的承壓容器水壓試驗是指使設(shè)備承受高于最大容許運(yùn)行壓力的某一合適的試驗操作，以檢驗其強(qiáng)度和密封性。由于核級承壓容器對機(jī)組安全和穩(wěn)定運(yùn)行的重要性，其水壓試驗對試驗用水的溫度和水質(zhì)有著嚴(yán)格的要求。

1 目的

本文通過調(diào)研同行電廠、分析理解規(guī)范、開展技術(shù)分析，對核級承壓容器水壓試驗的試驗用水溫度及水質(zhì)進(jìn)行明確，用以規(guī)范指導(dǎo)核級承壓容器水壓試驗的順利實(shí)施。

2 試驗用水水質(zhì)分析

2.1 同行電廠調(diào)研

針對核級承壓容器水壓試驗水質(zhì)的相關(guān)要求，對有相關(guān)實(shí)施經(jīng)驗的電廠（秦山二期、秦山二擴(kuò)、寧德核電及紅沿河核電）進(jìn)行了調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如下：

秦山二期安注箱采用含硼水，其他容器采用SED除鹽水進(jìn)行打壓;秦山二擴(kuò)均采用SED除鹽水進(jìn)行打壓;寧德核電安注箱采用含硼水，其他容器采用SED除鹽水進(jìn)行打壓;紅沿河核電安注箱采用含硼水，其他容器采用SED除鹽水進(jìn)行打壓。

同行電廠對于核級承壓容器水壓試驗水質(zhì)的理解各不相同，因此在打壓時關(guān)于各個容器水壓試驗的水質(zhì)要求也不完全一樣。

2.2 規(guī)范分析

2.2.1 規(guī)范要求

針對核級承壓容器水壓試驗水質(zhì)的要求，對RSE-M各個版本規(guī)范進(jìn)行梳理，各個版本規(guī)范對于容器水壓試驗水質(zhì)的要求如下：

（1）RSE-M 1997版中文規(guī)范：

（2）RSE-M（1997版+2005修訂）中文規(guī)范：

2.2.2 理解分析

綜上RSE-M規(guī)范各個版對于水壓試驗用水水質(zhì)要求理解為：試驗用水水質(zhì)應(yīng)與相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行文件中對試驗用水水質(zhì)的規(guī)定保持一致，若系統(tǒng)運(yùn)行文件中未對水壓試驗用水水質(zhì)作出要求，則應(yīng)特別注意，與主回路系統(tǒng)相連的回路或容器，應(yīng)使用含硼水來防止導(dǎo)致主回路冷卻劑稀釋。

此處相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行文件規(guī)定的試驗用水水質(zhì)要求不能理解為系統(tǒng)正常運(yùn)行的水質(zhì)要求，因為氣體承壓容器等以氣體為介質(zhì)的容器正常運(yùn)行時無水質(zhì)要求，應(yīng)為在相關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行文件中對于進(jìn)行水壓試驗時的水質(zhì)要求。因此與主回路相連的容器進(jìn)行打壓，如果系統(tǒng)運(yùn)行文件中沒有對試驗用水的要求，并且能保證水壓試驗期間不會導(dǎo)致主回路冷卻劑稀釋，則可以不使用含硼水。

3 試驗用水溫度分析

3.1 同行調(diào)研

針對核級承壓容器水壓試驗試驗用水水溫的相關(guān)要求對有相關(guān)實(shí)施經(jīng)驗的電廠（秦山二期、秦山二擴(kuò)、寧德核電及紅沿河核電）進(jìn)行了調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如下：

秦山二期和秦山二擴(kuò)在大綱中對試驗用水的溫度有明確的規(guī)定：“試驗用水的溫度應(yīng)與材料的力學(xué)性能相匹配。對于鐵素體鋼制作的承壓容器，耐壓試驗的水溫應(yīng)不低于下列值中的最大值：初始耐壓試驗的水溫;比材料韌-脆轉(zhuǎn)變溫度RTNDT高30℃。

但實(shí)際執(zhí)行時，對于三個安注箱的試驗用水水溫按大綱要求執(zhí)行水溫≥24℃（二期加裝了加熱器，二擴(kuò)加裝未使用），其他容器水壓試驗未做特殊要求，按常溫執(zhí)行（二擴(kuò)在9、10月份）實(shí)施，試驗溫度較高。

調(diào)研紅沿河及寧德核電均未對水壓試驗試驗用水水溫作出規(guī)定，實(shí)際執(zhí)行均采取與環(huán)境溫度相匹配的水，未安裝加熱器。寧德核電在夏天實(shí)施容器水壓試驗，溫度較高。

3.2 規(guī)范分析

3.2.1 規(guī)范要求

針對核級承壓容器水壓試驗試驗用水溫度的要求，對RSE-M、RCC-M以及GB150.1-2011《壓力容器》進(jìn)行梳理，對于水壓試驗試驗用水溫度的要求如下：

（1）RSE-M（1997版+2000修訂）C2130章節(jié)對蒸器發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗溫度要求：

（2）RCC-M（2000版+2002修訂）規(guī)范C5000章節(jié)對于壓力容器水壓試驗溫度要求：

3.2.2 理解分析

綜上可見，RSE-M、RCC-M以及GB150.1-2011《壓力容器》規(guī)范均有關(guān)于水壓試驗用水的溫度要求，因此應(yīng)對核級承壓容器水壓試驗試驗用水的溫度提出要求。參照RSE-M規(guī)范及RCC-M規(guī)范，對容器水壓試驗溫度要求如下：

試驗用水的溫度應(yīng)與材料的機(jī)械性能相匹配。對于鐵素體鋼制作的承壓容器，水壓試驗的水溫應(yīng)不低于下列值中的最大值：首次水壓試驗用水的溫度;比容器材料韌-脆轉(zhuǎn)變溫度RTNDT高30℃。在任何情況下，水溫應(yīng)足夠高，以保證進(jìn)行試驗的部件無結(jié)冰的風(fēng)險。

3.3 技術(shù)分析

材料的沖擊吸收功隨溫度降低而降低，當(dāng)試驗溫度低于Tk（韌脆臨界轉(zhuǎn)變溫度）時，沖擊吸收功明顯下降，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為材料的低溫脆性。并不是所有的金屬材料都具有低溫脆性，只有體心立方結(jié)構(gòu)金屬和某些密排立方結(jié)構(gòu)金屬才具有低溫脆性，面心立方結(jié)構(gòu)金屬不具備明顯的低溫脆性。經(jīng)查，鐵素體鋼是體心立方結(jié)構(gòu)金屬，具有低溫脆斷的特性;奧氏體不銹鋼是面心立方結(jié)構(gòu)，有試驗表明，在-196℃—20℃時低溫韌性相當(dāng)，奧氏體不銹鋼一般不具備低溫脆性的特點(diǎn)。

因此對于奧氏體不銹鋼等面心立方結(jié)構(gòu)金屬制作的壓力容器，一般不需要考慮低溫脆斷的情況。對鐵素體鋼制作的壓力容器為防止出現(xiàn)低溫脆斷，應(yīng)對其水壓試驗溫度的下限作出明確規(guī)定。

綜上分析，規(guī)范中對于鐵素體鋼制作的壓力容器水壓試驗溫度提出更加嚴(yán)格的要求主要是考慮了低溫脆斷的情況，建議參考RSE-M規(guī)范B2000和C2000中對于一回路及蒸發(fā)器二次側(cè)的規(guī)定，對鐵素體鋼的水壓試驗用水水溫作出明確規(guī)定，因此應(yīng)對核級高能容器水壓試驗的溫度提出以下要求：

試驗用水的溫度應(yīng)與材料的機(jī)械性能相匹配。對于鐵素體鋼制作的承壓容器，水壓試驗的水溫應(yīng)不低于下列值中的最大值：首次水壓試驗用水的溫度;比容器材料韌-脆轉(zhuǎn)變溫度RTNDT高30℃。在任何情況下，水溫應(yīng)足夠高，以保證進(jìn)行試驗的部件無結(jié)冰的風(fēng)險。

3.4 結(jié)論

綜合同行調(diào)研、各規(guī)范分析以及技術(shù)分析，因此對核級承壓容器水壓試驗試驗用水溫度的要求如下：

（1）對于鐵素體鋼制作的承壓容器，水壓試驗的水溫有明確要求，即應(yīng)不低于下列值中的最大值：

——首次水壓試驗用水的溫度;

——比容器材料韌-脆轉(zhuǎn)變溫度RTNDT高30℃。

必要時可以在承壓容器外壁臨時加裝電加熱器來維持水壓試驗期間的水溫。

（2）對于其他材料制作的承壓容器，水壓試驗用水的溫度應(yīng)與材料的機(jī)械性能相匹配，不強(qiáng)制要求高于首次水壓試驗用水溫度或比韌-脆轉(zhuǎn)變溫度RTNDT高30℃，但水溫應(yīng)足夠高，應(yīng)保證進(jìn)行試驗的部件無結(jié)冰的風(fēng)險。

4 總結(jié)

對于核級承壓容器水壓試驗的水質(zhì)、水溫要求的規(guī)定如下：

對于水質(zhì)要求：為防止主回路意外稀釋，與主回路連接的承壓容器水壓試驗原則上應(yīng)使用一定濃度的含硼水（如運(yùn)行部門識別未有導(dǎo)致主回路意外稀釋的風(fēng)險，可以使用除鹽水）。其他核級承壓容器水壓試驗的水質(zhì)要求根據(jù)容器內(nèi)表面耐腐蝕性能、容器材質(zhì)和容器裝載介質(zhì)的不同參照RCC-M F6610執(zhí)行。

對于核級承壓容器水壓試驗的水溫要求：試驗用水的溫度應(yīng)與材料的機(jī)械性能相匹配。對于鐵素體鋼制作的承壓容器，水壓試驗的水溫應(yīng)不低于下列值中的最大值：

——首次水壓試驗用水的溫度;

——比容器材料韌-脆轉(zhuǎn)變溫度RTNDT高30℃。

在任何情況下，水溫應(yīng)足夠高，以保證進(jìn)行試驗的部件無結(jié)冰的風(fēng)險。