劉玉濤

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連116001）

0 概況

核電站的蒸汽發(fā)生器為了保證各壓力邊界在生產(chǎn)運行階段不發(fā)生介質(zhì)滲漏，需在蒸汽發(fā)生器就位安裝完畢，各配套管線都完成連接后，對產(chǎn)生蒸汽的一側(cè)（簡稱：二次側(cè)）進行壓力試驗。同時驗證蒸汽發(fā)生器一、二側(cè)壓力邊界傳熱管及其密封封口焊的可靠性，確保核反應堆一回路放射性介質(zhì)不會進入蒸汽回路，若該焊口發(fā)生滲漏將制定專項返修方案進行處理。

1 水壓試驗

1.1 水壓試驗裝置及準備

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗裝置主要包括以下設(shè)備：電加熱水箱、循環(huán)水泵、打壓泵組、蒸汽發(fā)生器手孔連接組件、蒸汽發(fā)生器頂部排氣和測壓組件、給水管線臨時接口組件、高壓軟管總成、低壓軟管總成、電動調(diào)節(jié)閥等。水壓試驗裝置投用前壓力穩(wěn)定容器進行調(diào)試，該容器制造材料為0Cr18Ni10Ti，容積為110L，其設(shè)計壓力和溫度均滿足水壓試驗裝置調(diào)試要求，容器上安裝有法蘭，與手孔連接組件、給水管線臨時接口組件和蒸汽發(fā)生器頂部排氣測壓組件的連接法蘭進行配對安裝?？蚣芷脚_上相應的管線接口和上述現(xiàn)場連接組件之間通過高壓軟管、低壓軟管進行連接，形成環(huán)路。

與蒸汽發(fā)生器二次側(cè)一同進行水壓試驗的系統(tǒng)有主蒸汽系統(tǒng)、給水流量控制系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和化學試劑注入系統(tǒng)。如圖1所示。

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗技術(shù)參數(shù)：二次側(cè)設(shè)計壓力為6.9MPa、二次側(cè)水壓試驗壓力為12.8MPa、二次側(cè)容積為164.4m3、連接管線容積為30m3、水壓試驗的最低溫度要求為5℃、水壓試驗時蒸汽發(fā)生器筒體外表溫度為30～60℃、試驗升降壓速度極限值為0.4MPa/min。

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗前需做好如下所示準備工作：①人員準備，施工人員（起重工、鉗工、質(zhì)檢員、安全員、現(xiàn)場工作協(xié)調(diào)員）應經(jīng)過相關(guān)的技術(shù)和管理培訓，鉗工和質(zhì)檢員要具備執(zhí)行蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗檢查的能力；②設(shè)備準備，水壓試驗裝置組裝安置好并經(jīng)調(diào)試可隨時投入使用，系統(tǒng)補水裝置可用，各類儀表和檢查工具檢驗合格滿足現(xiàn)場使用要求；③文件準備，水壓試驗程序和質(zhì)量計劃已發(fā)布生效并經(jīng)QA和QC檢查放行，系統(tǒng)流程圖可用；④系統(tǒng)準備，補水、循環(huán)、加熱系統(tǒng)及蒸汽發(fā)生器二次側(cè)都已連接完畢，各邊界都已實施隔離，系統(tǒng)內(nèi)清潔滿足水壓試驗要求；水壓試驗流程圖內(nèi)的止回閥閥芯必須拆除，蒸汽管線支架必須進行固定，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)上的人孔、眼孔和手孔必須已經(jīng)關(guān)閉，蒸汽系統(tǒng)的安全閥必須安裝水壓試驗堵頭，MSIV應用額定氮氣壓力進行打開/關(guān)閉操作，MSIV旁路閥門要用手動操作工具鎖定關(guān)閉，打開C、I側(cè)的排水管線、下游MSIV和給水閥門；在脈沖管線中插入專用塞以代替未安裝的傳感器，所有射線檢測孔塞必須安裝；⑤環(huán)境準備，水壓試驗區(qū)域和所有可能經(jīng)過區(qū)域都要進行檢查確保安全可靠，比如：走道、平臺、移動梯子，試驗區(qū)域應該用警示繩隔離起來。

1.2 水壓試驗步驟

圖1 水壓試驗流程圖

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗步驟為：1）加熱過程，對蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)的水進行循環(huán)加熱，使水溫達到50℃左右，當水溫升至50℃時，停止循環(huán)泵并隔離加熱系統(tǒng)，并在后續(xù)的升壓過程中若溫度過低將重新投用加熱系統(tǒng)。2）升壓過程，檢查水壓試驗管線，使用水壓試驗升壓泵以不大于0.4MPa/min的速度增加系統(tǒng)壓力：①在壓力到達5.8MPa時，保壓至少10min，測量蒸汽發(fā)生器上部支撐環(huán)上部鍵安裝位置和蒸汽發(fā)生器本體外表面之間的間隙，并將間隙測量值根據(jù)文件要求進行比對和記錄；②5.8MPa壓力平臺工作結(jié)束后，升壓至蒸汽發(fā)生器二次側(cè)工作壓力6.9MPa的壓力平臺，并保壓120min，保壓期間檢查各管線是否發(fā)生跑冒滴漏，確保壓力降在技術(shù)要求范圍內(nèi)，該保壓平臺的主要目的是保證高壓水有足夠的時間從蒸汽發(fā)生器傳熱管與蒸汽發(fā)生器一二側(cè)隔板的脹管部位透過達到傳熱管管口封口焊位置，以檢驗傳熱管管口的封口焊是否會發(fā)生滲漏，該部分工作也是保證蒸汽發(fā)生器傳熱管封口焊不發(fā)生滲漏的最后一道檢驗屏障，因為根據(jù)相關(guān)文件規(guī)定，該處的滲漏將被視為核級設(shè)備不可接受；③在6.9MPa的壓力平臺工作完成后，啟動升壓泵，升壓至8.6MPa的壓力平臺，該平臺保壓至少10min，期間要對蒸汽發(fā)生器水壓試驗回路進行全面檢查，輕微泄漏只要不影響壓力平臺保持，均可接受；④在8.6MPa的壓力平臺工作完成后，啟動升壓泵，升壓至12.8MPa的最終試驗壓力平臺，該壓力平臺保壓至少30min，在升壓及保壓期間需要加大對各試驗回路的檢查，保證系統(tǒng)壓力可控，與此同時傳熱管管口封口焊檢查點將是該壓力平臺檢查最為關(guān)鍵的部位。3）降壓過程，繼續(xù)投用升壓泵，通過開啟排水閥門進行卸壓，控制降壓速度不得超過0.4MPa/min，當壓力接近大氣壓時停止升壓泵關(guān)閉排水閥。4）試驗結(jié)束，在水壓試驗后進行系統(tǒng)排水，拆除試驗裝置并復位系統(tǒng)，使用壓縮空氣清楚蒸汽發(fā)生器二次側(cè)管板上的殘余水分，及時投入二次側(cè)干燥機，確保蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)部不發(fā)生銹蝕。

2 水壓試驗結(jié)果

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水壓試驗合格的驗收標準：目檢整個系統(tǒng)無系統(tǒng)破口，無密封法蘭超流量泄漏，單獨裝置的輕微泄漏或只要不影響繼續(xù)升壓的有限滲漏情況，均可接受。但有一種滲漏情況較為特殊，就是本文多次提及的蒸汽發(fā)生器傳熱管管口封口焊部位的滲漏，雖然傳熱管封口焊部位的滲漏未影響整個水壓試驗進程和整體結(jié)果，但作為核一級設(shè)備的蒸汽發(fā)生器來說，這的缺陷這是不可接受的，若該處發(fā)生滲漏則必須進行修復并要進行最高10.2MPa壓力的水壓試驗驗證。

3 傳熱管滲漏成因及處理工藝

蒸汽發(fā)生器是按《RCC-M壓水堆核島機械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則》進行制造，一、二次側(cè)的隔離邊界是由550mm厚的隔板（一回路側(cè)表面堆焊因科鎳材料）和約4500根傳熱管（因科鎳）組成，其形式是在隔板上加工出約9000個與傳熱管相匹配的管孔，將傳熱管按一定順序插入，并且用脹管機械將傳熱管經(jīng)過隔板管孔的部分擴張（目的在于使得兩者的間隙減小以防止設(shè)備運行期間的回路介質(zhì)過多沉積），最后將傳熱管管口與隔板表面的因科鎳堆焊層進行熱熔合（見圖2、3），確保邊界徹底隔離。在制造組裝過程中可能會發(fā)生傳熱管管口焊接控制不到位，如環(huán)境清潔度、焊接表面清理不徹底、焊接金屬熔池熔合波動等等，進而造成焊縫內(nèi)部存在夾雜、貫穿性氣孔等缺陷。上述缺陷會在如下兩種情況下被遺留下來，一是，這部分缺陷超標（大于φ2mm）而未被射線檢測所覆蓋，因此貫穿性缺陷在水壓試驗時不能承受高壓水，而導致水透過氣孔擊穿外表極薄的氧化膜發(fā)生邊界滲漏；二是，存在因缺陷位置關(guān)系，貫穿性缺陷在射線檢測時顯現(xiàn)的只是一個缺陷點，并該缺陷點是法規(guī)所允許的（小于φ2mm），進而導致不能正確判斷出缺陷類型的可能，使得缺陷被遺留。

圖2 傳熱管管口焊接

圖3 傳熱管焊縫及缺陷示意

上述兩種類型缺陷在某核電站蒸汽發(fā)生器就位后的二次側(cè)水壓試驗時就都被暴露出來了，在蒸汽發(fā)生器發(fā)生滲漏后查找并比對制造廠記錄文件及滲漏點結(jié)構(gòu)確認，發(fā)現(xiàn)發(fā)生滲漏的管口一種是超標缺陷未被射線檢測范圍覆蓋，另一種是雖被射線檢測到但因未超標而未要求處理，并且后者的位置恰好在檢測源與管口延長線上。圖4便是無損檢測未超標的發(fā)生滲漏的缺陷，雖然是貫穿性缺陷，但缺陷在檢測顯示下為一個未超標的點投影。

圖4

當蒸汽發(fā)生器發(fā)生滲漏后需要進行滲漏原因分析 （如上所述缺陷）、制定缺陷返修處理工藝，待處理工藝得到相關(guān)部門單位（運營公司、國家核安全監(jiān)管部門）同意后進行工藝實施。與此同時在蒸汽發(fā)生器水壓試驗結(jié)束后需立即進行排水、投入干保護裝置以防止內(nèi)部生銹等工作。蒸汽發(fā)生器滲漏缺陷處理流程大致為：1）根據(jù)滲漏點缺陷狀況進行滲漏原因分析并制定處理工藝；2）缺陷的排查，針對該滲漏點的焊接人員及焊接設(shè)備所焊接的所有焊接位置進行缺陷排查、針對其他焊接位置按6%的范圍進行缺陷排查，同時提高缺陷判定標準至φ1mm，根據(jù)排查情況進行缺陷位置確定和缺陷清除，缺陷清除時需要注意保證其他位置的清潔度，缺陷位置要做到清除徹底并圓滑過度無棱角，除此之外還需確認缺陷位置是否發(fā)生過2次以上的補焊記錄，若發(fā)生過要將情況報告給蒸汽發(fā)生器設(shè)計方并取得對方的答復意見；3）在確定出所有缺陷后，對缺陷進行統(tǒng)計編制處理計劃，并開始實施缺陷的處理工藝：①對打磨區(qū)域進行目視和尺寸檢查及清潔度檢查；②對需要處理管束進行預加熱24小時，排除管束與厚隔板間的水分；③對需焊接區(qū)域進行目視和尺寸及清潔度檢查；④進行管束的定位脹并進行目視和尺寸檢查；⑤布置焊接工位；⑥按批準的焊接工藝進行手工氬弧焊接，采取逐層焊接打磨目檢檢查，并在最后蓋面前進行液體滲透和射線檢查以提高焊接質(zhì)量；⑦焊后的目視、尺寸及液體滲透和射線檢查；⑧對焊接區(qū)域進行清潔。

在蒸汽發(fā)生器所有缺陷點都返修處理完畢，處理結(jié)果得到了監(jiān)理公司、運營公司確認后，按本文所述水壓試驗流程進行水壓試驗，最高試驗壓力降低到10.2MPa，在10.2MPa壓力平臺之前的壓力平臺檢查和過程控制均同前。若在水壓過程中未再發(fā)生傳熱管管口焊縫滲漏問題，則結(jié)合兩次的水壓試驗數(shù)據(jù)，監(jiān)理公司和運營公司接受蒸汽發(fā)生器水壓試驗結(jié)果，若仍有管束焊口發(fā)生滲漏則仍需按前述處理流程進行，直至無傳熱管管口焊縫滲漏現(xiàn)象。

4 小結(jié)

蒸汽發(fā)生器水壓試驗過程和傳熱管管口焊滲漏處理工藝并不復雜，但因受國家核安全監(jiān)管部門對核級設(shè)備的監(jiān)管要求，在發(fā)生滲漏后必須在24小時內(nèi)進行口頭上報，72小時內(nèi)進行書面報告，并要將問題的根本原因分析、整改措施及缺陷處理工藝上報國家核安全監(jiān)管部門，在取得對方同意后方可進行后續(xù)的處理工作，一系列的工作流程及函件往來都需要時間窗口，這都影響到核電站相關(guān)工作的進展，同時也造成了大量資源的投入和消耗，該問題也提醒我們核電站設(shè)備制造質(zhì)量控制也是建造期間重要的環(huán)節(jié)。

［1］法國核島設(shè)備設(shè)計、建造及在役檢查規(guī)則協(xié)會，編.壓水堆核島機械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則（RCC-M 2000版+2002補遺）[S].中科華核電技術(shù)研究院有限公司，譯.上海科學技術(shù)文獻出版社，2010，10 ISBN 978-7-5439 4381-0.