“华龙一号”一回路水压试验压力系数的选取

2021-03-05刘光伟刘文杰张庆国

核科学与工程 2021年1期

刘光伟，刘文杰，张庆国，彭娟

（中国核电工程有限公司华东分公司，浙江海盐 314300）

“华龙一号”压水堆作为中核集团自主研发的三代核电机组，其遵循的设计建造规范与以往传统压水堆机组有较大的不同，且一回路水压试验的实施并无先例可以遵循，故对其试验压力系数的分析有助于后续华龙系列堆型的设计走向成熟。本文针对“华龙一号”一回路水压试验压力系数的选取从规范、标准、采购等各方面进行综合分析，最终明确适合“华龙一号”水压试验的压力系数。

1 水压试验系数选取

一回路水压试验是以一个合适的试验压力，对一回路主系统及其有关辅助系统的高压设备进行强度性水压试验，以检查一回路系统的设备、管道密封和焊接质量，验证承压运行时的密封性和安全性，以保证机组正常运行时的可靠性。

一回路水压试验为核电厂建造、调试环节中一个极其重要的节点，在现场实施过程中，涉及面广、要求高。对其试验压力系数的明确过程中，需要从核电厂的设计初衷、采购、建造实施等多个阶段的具体情况进行综合分析，以达到一个可以满足要求且具备可实施性的方案。

1.1 设计建造规范要求的分析

1.1.1RCC-M 2007规范要求

“华龙一号”机组作为国内自主设计的三代核电机组，在设计和建造规范上延续了法国RCC系列标准，规范对应版本为RCC-M 2007版。RCC-M 2007版中针对规范 1/2级设备的压力试验要求体现于B/C5000章节中，该章节中对单项和组合体试验进行了分类说明，并相关存在着一定的关联性，如表1所示。

表1 RCC-M 2007中关于规范1、2级设备压力试验的主要规定Table 1 Main provisions of hydraulic pressure tests for class1 and 2 equipment in RCC-M 2007

依据表1中B5226的要求，一回路整体水压试验的压力系数选取判定路线可有两种选项。

1.1.2选取原则一

整体压力系统不能低于每个组成腔的最高试验压力，如果整体组件中任何一个承压设备超出此准则，该承压设备压力就应降低直至符合准则。

各部件设备规格书与水压试验技术条件中按照规范要求，对各部件的出厂水压试验压力进行规定（见表2）。

表2 规范1、2级设备单体水压试验压力与倍数Table 2 Pressure and multiple of single hydraulic test for class 1 and 2 equipment

按照选取一的原则，如下所示。

（1）针对表2中序号1～序号11设备的水压试验压力值之中的最小值为：反应堆压力容器、稳压器、蒸汽发生器一次侧，水压试验压力值为24.6 MPa，试验压力系数为1.43倍设计压力。

（2）针对表2中序号12“除主管道以外的其他规范1、2级管道”，应根据所有管道尺寸、等级、材料计算得出的水压试验压力值之中的最小值的钢管来进行选取。故按照表3中所有管道尺寸、等级、材料计算得出的水压试验压力值之中的最小值为 022Cr19Ni10奥氏体不锈钢12寸型号的钢管，水压试验压力值至少为：27.8 MPa，压力系数至少为1.63倍设计压力。

表3 一回路边界内规范1/2级管道压力试验与系数Table 3 Hydraulic pressure test and coefficient analysis for the class 1 and 2 pipeline in the primary circuit boundary

（3）针对表 2中序号 13其他边界内的阀门，依据 CP03T3058《RCC-M 规范 1、2、3级和 NC级不锈钢及碳钢手动、电动或气动阀门技术规格书》[8]要求，按照 CP03T3059《核岛阀门通用技术条件》[9]规定，对于核级阀门，需按照GB/T 13927—2008《工业阀门压力试验》[2]进行出厂水压试验。

GB/T 13927—2008《工业阀门压力试验》的要求，与RCC-M 2007 B5223中规定一致，要求强度试验压力必须至少为1.5倍设计压力，故“华龙一号”一回路水压试验的阀门强度水压试验均不小于25.8 MPa，压力系数均不小于1.5倍设计压力。

综合上述分析，结合选取原则一，按照B5226/C5226的规定取组合体所有设备中的最小压力值，故初步分析认为“华龙一号”一回路水压试验压力系数可选取1.43倍设计压力，水压试验压力值为24.6 MPa。

1.1.3选取原则二

只要设备项进行了单独试验，组件的试验可在1.3 Pa压力进行。

针对一回路水压试验边界内的所有管件按照CP03T3017《管道系统用1、2、3级奥氏体不锈钢无缝管件技术条件》[7]相关技术要求，主要有以下两种情况。

（1）若制造的管件选材为无缝钢管，则应按照CP03T3016《管道系统用1、2、3级奥氏体不锈钢无缝钢管技术条件》[6]中的要求，按照表3在管件加工前进行管道的水压试验。

（2）若制造的管件选材为钢板，则应按照CP03T3034《管道系统用 1、2、3级不锈钢钢板技术条件》中的要求执行，因水压试验边界内不采用该型号的管件，故可不做分析。

针对水压试验边界上及边界内的阀门，按照CP03T3058《RCC-M规范1、2、3级和NC级不锈钢及碳钢手动、电动或气动阀门技术规格书》的要求，已进行过出厂单独水压试验。

针对规范1级主设备，根据表2可知，在出厂之前相关设备已经进行过单独的水压试验。

针对规范1、2级管道及与主管道相连的辅助管道而言，其水压试验分为两个阶段。

（1）采购阶段

供货前按照CP03G4047《RCC-M 1/2/3级奥氏体不锈钢无缝钢管采购技术规格书》[5]的要求在制造厂进行了单体水压试验，进行水压试验采用的标准为GB/T 241—2007《金属管液压试验方法》，属于设备规格书中的另外说明，满足RCC-M 2007 B5222的要求，其试验压力与管件的设计压力、设计温度、试验温度等参数没有关系，其验证的主要是材料的承压能力。

（2）建造阶段

根据《管道水压试验技术要求》[10]，安装后管道应分别根据 RCC-M 2007的要求进行水压试验，与制造阶段时的水压试验引用GB/T 241的要求存在一定的不同，其验证的主要是焊缝的强度和密封性。

建安阶段的管道水压试验，依据单个系统的管线清单中的水压试验系数而定。通过梳理所有单系统管线清单中涉及水压试验边界内的管线，其管线试压系数均为 1.3倍设计压力。但现场的施工逻辑是先安装一回路主管道，再安装与主管道相连的辅助管道，逐步向外扩展。故存在安注系统、应急硼注入系统、化学和容积控制系统的部分辅助管道不能与主管道有效隔离并单独实施水压试验的情况。

根据表1中B5221中的描述“该项试验一般应在制造商车间进行，但也可以在建造现场进行，也可以在系统试验的同时进行。”从规范的角度理解，是允许部分管道与系统试验时同时进行的。

故初步分析认为“华龙一号”一回路水压试验压力系数也可选取 1.3倍设计压力，水压试验压力值为22.3 MPa。

1.2 国内标准关于水压试验压力的规定

GB/T 28548—2012《核电厂主回路水压试验技术导则》[4]中关于压力描述中引用 GB/T 16703—1996《压水堆核电厂核岛机械设备设计规范》[1]中的要求。GB/T 16703—1996编制的参考文件为 RCC-M 1983版，与 RCC-M2000 +2002[11]补遗版本中的内容保持一致，规定为：系统水压试验时只有当试验压力指示达到一回路系统任何部件最高设计压力为1.33倍，才允许进行辅助管道水压试验。

1.3 国内核电机组水压试验执行情况

国内主流的商运核电机组均为压水堆核电技术，且经历过若干次水压试验，具有成熟的工程经验，其从技术性/可执行性上对于“华龙一号”具有一定的借鉴意义。

表4 国内外核电机组一回路水压试验压力系数Table 4 Hydraulic pressure coefficients of the primary circuit of nuclear power plants at home and abroad

续表

（1）表4中序号1～6项机组属于国内二代及二代加标准机组，建造和设计规范均参照RCC-M2000 + RCC-M2002补遗版，水压试验压力系数选取为 1.33倍设计压力，与 GB/T 16703—1996一致。

（2）表4中序号7三门核电机组属于美系AP1000三代全球首堆机组，建造和设计规范参照ASME-Ⅲ2004版，压力系数按照ASME美系标准，水压试验压力系数选取为1.25倍设计压力。

（3）表4中序号8芬兰0L3机组作为全球首个开工建设的 EPR机组。其依据的规范与M310二代机组一样，仍为 RCC-M2000 +RCC-M2002补遗版，故水压试验系数选定为1.33倍设计压力。

（4）表4中序号9台山核电机组属于法系EPR三代后来居上的全球首堆机组，建造和设计规范参照RCC-M 2007，水压试验压力系数选取为 1.33倍设计压力，该系数与 2007版规范中要求存在不一致，查阅相关资料，其主要的选取原因有四点：

1）国外芬兰OL3机组同为EPR堆型，其建造设计规范为RCC-M 2000版，从堆型角度出发，选取为1.33也可作为后续台山机组的参考；

2）结合EPR项目评审对话；

3）台山作为 EPR技术堆型的延续，选取1.33得到了核岛设计供货方AFCEN NP的认可；

4）国内自主研发设计的“华龙一号”机组属于延续二代加技术的一种渐进型三代机组，参照的建造和设计规范为RCC-M 2007，与台山EPR机组保持一致。

综述，“华龙一号”一回路水压试验可参考台山EPR核电机组选取压力系数为1.33倍设计压力。

1.4 RCC-M 2007 MS 1094修改单与RCC-M 2007版补遗（addendum 2008）定

针对RCC-M 2007版中，特别是单独和多种组合材料水压试验压力的规范执行存在较大技术难点，不同的管道根据设计压力、尺寸、形制等因素存在不同的水压试验要求（见表 5）。

表5 RCC-M 2007 MS 1094、RCC-M 2007（addendum 2008）[12]补遗中关于压力试验的修订内容Table 5 Revision of RCC-M 2007 MS 1094[13], RCC-M 2007 (addendum 2008)addendum on hydraulic pressure test

在RCC-M 2007版的2008补遗的用户须知中特别说明了水压试验相关修订（MS 1094）区分了法规和标准的要求，试验情况被分成两类：一类是列在 RCC-M 2007版补遗里B/C/D5000章节中对RCC-M一至三级承压设备及整体组件的水压试验要求；另一类是在附录ZZ中给出的适用于采用欧洲标准的要求，不适用于国内电厂。

故结合相关规范的要求，“华龙一号”一回路水压试验可选取压力系数不低于1.25倍设计压力。

2 评价

“华龙一号”作为国内自主研发的三代核电机组，其首次一回路水压试验对于后续华龙机组的建设具有极其重要的参考意义。故对于首次一回路水压试验压力系数的明确，必须通过多方面进行衡量与考虑，既要满足规范的要求，同时也应参考国内其他机组的执行情况，才能选择合适的压力系数。

结合本文第 1节分析，从国际规范、国内标准以及参考项目等多方面考虑，整理汇总。“华龙一号”机组一回路水压试验压力系数共有四种方案可供选择，如表6所示。

表6 “华龙一号”一回路水压试验压力系数的四种可选择方案Table 6 Four alternative schemes for hydraulic pressure test coefficients in the primary circuit boundary of HPR1000

表6中的四种方案，分别依据了不同规范要求，且也具备一定的工程实践经验。下面主要将各方案与“华龙一号”的匹配性进行分析，以最终选取合适的试验方案。

（1）方案 1

该方案的选取依据为RCC-M 2007版，结合本文1.1.2节分析。选取方案1从目前“华龙一号”的设备采购的试验角度是满足要求的。

但针对方案1中规范的要求，组合体的试验压力不得超过材料的许用应力，许用应力引用的章节为ZI。而ZI章节主要为采用欧洲EN标准进行的相关材料选取原则，与国内“华龙一号”的采购材料标准存在不一致。且目前的国内压水堆商运机组与三代压力堆核电机组中，并无工程实践先例可以遵循。

水压试验是一种高强度的压力破坏性试验，其试验压力并不是越高越好。其超压作用，可能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。

故从综上分析，方案1不作为推荐方案。

（2）方案 2

该方案的选取依据为RCC-M 2007版，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。

结合本文1.1.3节分析，现“华龙一号”一回路水压试验边界内的所有设备项（主设备、主管道、辅助管道、阀门等）均在出厂时进行了水压试验，且相关的设备项出厂水压试验的要求是满足规范中所规定的原则，故方案 2可作为推荐方案。

（3）方案 3

该方案依据主要为 RCC-M MS 1094与RCC-M 2008补遗版，上述两份文件涉及的压力试验修订详见本文 1.4节的描述，最终选取的原则为不小于1.25倍设计压力。从规范的角度出发，“华龙一号”在最初的设计/建造过程中，其参考规范版本为2007版，并未考虑到后续发布的上述两份文件。其中1094文件是作为2007版的修改单发布，从规范文件的版本考虑，可作为2007版规范的一个延续，故方案3可作为参考方案以供选择。

（4）方案 4

方案4的制定依据来源主要为国内标准与工程实践。

从国内标准的角度出发，GB/T 16703[1]为国家推荐标准而非强制性标准，同时该标准编制的参考规范为RCC-M 1983版，与“华龙一号”实际运用规范不一致。

从工程实践的角度出发，国内二代加压水堆机组压力系数选取为 1.33的主要依据为RCC-M2000 + RCC-M2002补遗，也与“华龙一号”的实际运用规范版本不一致。虽台山EPR机组也选取为1.33，但从本文1.3节分析得知，关于台山核电选取1.33的四个依据而言，不具备通用的说服力。故方案4不推荐选取。