核电厂首次主回路水压试验最高试验压力选择

张翔

【摘 要】核电厂在建设期间，均要对封闭主回路执行一次超压水压试验，以检查主回路及相关辅助系统的安装质量。本文主要通过对不同设计规范对于核电厂首次主回路水压试验最高试验压力的不同规定，分析出其差异性，希望为核电厂主回路水压试验最高压力选择提供参考。

【关键词】主回路水压试验；最高试验压力；保压时间

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）33-0165-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.074

【Abstract】During the construction of the nuclear power plant，an overpressure hydrostatic test is carried out on the closed main circuit to check the installation quality of the main circuit and related auxiliary systems. In this paper， the difference of the maximum test pressure for the first main circuit hydraulic test of the nuclear power plant is analyzed by different specifications， and it is hoped to provide a reference for the selection of the maximum pressure of the water pressure test in the main circuit of the nuclear power plant.

【Key words】Main circuit hydraulic test；Highest test pressure；Dwell time

0 引言

核电厂主回路压力边界是保证放射性不外泄的三道安全屏障之一，其完整性对于核电厂安全运行意义重大。主回路首次水压试验，是核电厂主回路及相关辅助系统安装质量的全面检验。主系统水压试验的目的是以一个合适的试验压力，对主系统及其有关辅助系统的高压部分进行强度性水压试验，以检查一回路系统的设备、管道的密封和焊接质量，验证其承压运行时的密封性和安全性。从而证明从本次试验结束到下次试验实施之前的这段时间里反应堆一回路系统在正常运行和设计的事故工况下是安全的，并满足核安全法规的。

国内主流压水堆为法系的M310及后续改进型，美系A系列，其主要执行设计规范为分别为RCCM或ASME，我国自主三代华龙一号主回路设计主要依据我国GB16702核岛机械设备设计规范（该标准参照RCCM编制，国内目前是1996年发布，目前新版本的国家标准正在编制中），同时综合参考RCCM及ASME。不同堆型参照的设计规范不同，而关于首次主回路水压试验试验最高试验压力规定也有所差异。

1 执行水压试验的出发点

水压试验是一种超压试验（超过工作压力或设计压力），是对部件或系统的强度考核试验。而为什么要执行该试验，主要是基于以下三个方面进行考虑的：

（1）使残余应力发生重新分布，降低峰值应力

设备在制造过程中和系统在安装过程中，以及在运行使用过程中设备和系统的维修、改造和更换，都会由于装配、焊接等作业而产生残余应力。这些残余应力和工作应力迭加会使设备和系统的局部区域形成高应力而给设备和系统带来危害。目前在加工和安装过程中有两种方法来消除或降低残余应力。一种是通过热处理的方法，另一种就是借助超压的水压试验，使设备和系统的高应力区的材料达到局部屈服，使残余应力得到消除和减弱，从而降低峰值应力。

（2）使裂纹的尖端变钝，裂纹不易进一步扩展

设备和系统中，特别是焊缝中，难免会存在各种缺陷，在运行使用过程中，随着构件的老化，也会产生裂纹性质的缺陷，通过超压的水压试验，可以使高应力区的材料达到局部屈服，特别是在裂纹的尖端，这种屈服现象更为明显。在屈服状态下，裂纹的微小扩展会使裂纹的尖端变钝，使裂纹在以后的使用中不易发生进一步的扩展。

（3）及早暴露隐患，减小破坏后果

水压试验会使裂纹类的缺陷发生扩展，对于即将贯穿壁厚但未达到临界尺寸的裂纹，这种扩展会使其贯通壁厚，导致泄漏发生，从而及早发现隐患。对于已接近发生脆断的临界尺寸的裂纹，这种扩展会引起破坏的发生，但其破坏是发生在制造、安装和试验阶段，所造成的后果要比发生在运行过程中产生的后果小得多。

水压试验的不利的一面是由于其超压作用，会给设备和系统部件造成一定的损伤，缩短其使用寿命，特别是超压试验会引起部件弹性区域的缺陷的扩展。

2 法系RCCM各版本关于水压试验最高压力

RCCM2000+2002补遗B5120水压试验压力章节规定 “由安装好及就位在规定位置的全部部件组成的一回路主系统的试验压力，至少等于主回路系统任何给定部件的最高設计压力的1.25倍”，同时在B5112水压试验通用章节b）一回路系统的最终试验规定“系统水压试验时只有当试验压力至少达到一回路系统部件最高设计压力的1.33倍，才允许进行辅助管道水压试验”。因水压试验也对部分高压安注管线进行试压，所以国内建成的法系技术堆型首次水压试验的压力均采用1.33倍的设计压力执行水压试验。

在RCCM2007版B5226章节组合件的试验压力规定，“组件的试验压力不低于每个组成腔的最高试验压力，但不得超过B3237的许用压力。若任何组件的压力设备项超过了此准则，须减小压力直至符合要求。只要设备项进行了单独试验，组件的试验可在1.3PS压力进行”。

从上文可以看出RCCM2007关与组合件的的压力规定与其之前发布版本有所不同，同时对于单项（单件）水压试验压力的规定也有所不同。

RCCM2007版以前规定：每个部件试验压力不得低于设计压力乘以k，此处k=k1*k2

对由成形板件或锻件制造的部件，k1=1.25

对全部或部分由铸件制造的部件，k1=1.5

k2为组成部件器壁的主要材料在试验温度下与设计温度下的屈服强度或抗拉强度的最低保证值之比。若不采用屈服强度之比，则至少应采用抗拉强度之比。k2值可以由同类型的几个部件记录到的平均值来确定。

k的最大极限值==k1*k2

若k1=1.25且k1*k2>1.5，则取k=1.5；

若k1=1.5且k1*k2>1.8，则取k=1.80；

而RCCM2007B5221单独水压试验压力章节规定：容器的试验压力至少须等于最高工作压力Ps×k，其中k为1.43与1.25Sm·TEH/Sm·TS之大者。

Sm=材料的许用应力；

TEH=试验温度；

TS=设备最高工作温度（2）。

3 美系ASME规范规定

（1）主回路水压试验最高压力最低值

ASME2004以后版本NB-6221章节对于系统水压试验最高试验压力的最低值规定：“系统安装后的水压试验压力，应不低于超压保护装置所保护的边界内任何部件的最低设计压力的1.25倍，该超压保护装置是满足NB-7000的要求”。

（2）主回路水压试验最高压力最高值

NB-6222规定系统水压允许的最高试验压力的最高值：

允许的最高试验压力应按NB-3226规定的应力限制来确定。在多腔室部件中，相应的相邻腔室可同时施加压力，以满足这些应力限制。

（a）如果在容器中任何点的计算压力（包括静压头），超过在NB-6221或NB-6321中规定试验压力6%以上时，计算应力结果应考虑在试验期间可能存在的所有载荷。这种情况的应力允许值在下面（b）和（c）中给出。

（b）对于水压试验容器，总体一次薄膜应力强度Pm不应超过试验温度下屈服强度Sy的90%。对于气压试验容器，Pm不应超过试验温度下屈服强度Sy的80%。

（c）对于无论是水压或气压试验容器，一次薄膜应力加弯曲应力强度Pm+Pb不应超过下述（1）或（2）给出的适用限制：

i.对Pm<0.67Sy，Pm+Pb<1.35Sy

ii.对0.67Sy

其中Sy是表中所列温度下的屈服强度。对于不规则截面，Pm+Pb对水压试验应不超过α与0.9Sy的乘积或对气压试验不超过α与0.8Sy的乘积，系数α定义为产生一个全塑性截面载荷设定值除以在此截面最外侧产生起始屈服载荷设定值的比值。

（d）外压不应超过由NB-3133规则所确定数值的135%，或者，外部水压试验的压力最大可以达到由分析规程或试验规程所确定极限压力或弹性失稳压力中较小值的80%，并包括允许裕量在内。如果进行的极限分析，应是极限分析的下限，假设理想弹塑性材料（无应变硬化）的屈服强度等于试验温度下的屈服强度。

另ASME对于单件水压试验压力的规定同系统整体的要求。

4 国内标准关于水压试验压力的规定

核岛设备设计规范（GB/T 16703-1996）的规定与RCCM93、RCCM2000+2002补遗规定一致。

5 国内水压最高压力试验实践

从上表可以看出，其中1-8项水压试验均执行RCCM2000+2002补遗规定，其首次水压试验最高试验压力为主回路设计压力的1.33倍，第9项台山1号机组采用法国三代核电技术EPR，其首次水压试验最高试验压力也采用了主回路设计压力的1.33倍。

关于美系堆型水压试验，根据ASME III NB6221 要求，一回路水压试验的最高试验压力为不低于部件设计压力的1.25倍，根据计算，最低值17.14MPa*1.25=21.42MPa。水压试验的压力应比最低值高6%，通过计算，21.42MPa*1.06=22.70Mpa，所以根据规范，主回路水压试验压力范围为21.42MPa—22.70Mpa之间。要保证主回路垂直位置最高处的压力大于21.42Mpa，同时最垂直位置的最低处压力也不能超过22.70MPa，AP1000主回路最高点与最低点位置差引起的压力变化大概为0.334MPa，同时考虑仪表精度误差等因素，主回路水压试验最高压力最终确定在21.477MPa-21.650MPa。

福清5号机组采用我国自主化第三代核电技术华龙一号，其还没有执行过主回路水压试验，根据目前设计院出版的文件，按照RCCM2007版的规定，最高水压试验压力为设计压力的1.3倍，经计算17.13MPa*1.3=22.3MPa.

6 各规范关于主回路最高水压试验压力保持时间的规定

关于水压试验压力平台保持时间，RCCM系列规范没有给出来明确的时间要求，在RCCM2000+2002补遗B5140及RCCM2007版B5240中规定，“各种保持压力的保持时间（特别是试验压力）应与待检查设备相对应”。ASME各版本对于水压试验的保持时间有明确的规定，ASME2001 IWA-5213试验条件的保持时间规定“除在IWA-4540要求的试验中，系统在达到试验压力和温度后，无保温层的系统或设备保持10分钟，或者，保温的系统或设备保持4小时外，系统在达到试验压力和温度后不要求有保持时间。”ASME2004NB-6223 水压试验压力保持时间规定“在按NB-6224的要求进行检漏以前，水压试验压力至少应保持10分钟”。目前国内一般采用ASME规范的规定，在最高压力平台保持10分钟后，检查人员开始检查。

7 结论

通过本文的分析，RCCM、ASME及国内规范关于压水堆核电厂首次主回路水压试验最高压力要求是不一样的，及时同系列的标准，随着技术的发展，不同版次的规范关于主回路水压试验最高压力的规定也有所差异。国内可以结合众多规范的长处，适用性的开展我国相关标准化工作。通过本文的分析及研究，希望为后续核电厂执行首次水压试验选择最高试验压力提供参考。

【参考文献】

[1]涂志远，袁彪，RCC-M、RSE-M和ASME中关于核电厂一回路水压试验要求的对比分析2016（04）10-15.

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