田齊偉,劉 勇,尚 臣,孫 濤,高 超,張兆霖

(中國(guó)核電工程有限公司,北京 100840)

核電廠安全殼作為包容放射性物質(zhì)的第三道安全屏障,在事故工況 (例如:失水事故或二回路蒸汽管道破裂事故)下用來(lái)承受安全殼內(nèi)壓,限制放射性產(chǎn)物向安全殼外的泄漏。在正常運(yùn)行期間,對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的輻射提供生物屏蔽,并限制被污染的氣體泄漏到安全殼外。同時(shí),安全殼的某些物項(xiàng)還用來(lái)保證正常運(yùn)行期間的人員出入,以及安全殼內(nèi)外設(shè)備的機(jī)械和電氣連接。

安全殼隔離閥作為安全殼的重要組成部分,用于實(shí)現(xiàn)事故工況下貫穿安全殼的工藝管道的隔離。安全殼隔離閥的局部密封性,對(duì)于保證安全殼的整體泄漏率滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求至關(guān)重要。本文給出一種區(qū)別于常規(guī)安全殼隔離閥密封性試驗(yàn)方法的閥腔打壓試驗(yàn)方法,以最大程度上滿(mǎn)足 “華龍一號(hào)”裝料前的調(diào)試及正常運(yùn)行期間的定期試驗(yàn)需求。

1 安全殼泄漏率試驗(yàn)

“華龍一號(hào)”的反應(yīng)堆廠房采用雙層安全殼結(jié)構(gòu),內(nèi)層安全殼是包容核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的主要物項(xiàng),在所有可以想象的情況下提供對(duì)環(huán)境有效的防護(hù),外層安全殼則在廠址出現(xiàn)龍卷風(fēng)飛射物、外部爆炸以及輕型飛機(jī)撞擊等其他外部事件時(shí),為內(nèi)層安全殼提供屏蔽作用。

為檢查安全殼建造質(zhì)量和評(píng)價(jià)在事故工況下泄漏的風(fēng)險(xiǎn),在電廠建造完成后的調(diào)試期間及壽期內(nèi)的定期試驗(yàn)期間均需對(duì)安全殼的密封性進(jìn)行檢查,以保證泄漏率不超過(guò)設(shè)計(jì)要求。“華龍一號(hào)”安全殼相關(guān)試驗(yàn)包括[1]:

(1)內(nèi)層安全殼局部試驗(yàn)

1)B類(lèi)試驗(yàn):測(cè)量通過(guò)安全殼特定貫穿件(設(shè)備閘門(mén)、人員閘門(mén)、燃料轉(zhuǎn)運(yùn)通道、電氣貫穿件等)的局部泄漏;

2)C類(lèi)試驗(yàn):對(duì)安全殼隔離閥加壓進(jìn)行的局部密封性試驗(yàn)。

(2)內(nèi)層安全殼整體試驗(yàn)

A類(lèi)試驗(yàn):對(duì)安全殼承壓邊界加壓以測(cè)量安全殼的整體泄漏率,并在此期間進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。

(3)外層安全殼泄漏率試驗(yàn)

測(cè)定外層安全殼的泄漏率。

核電廠投入運(yùn)行后,這些試驗(yàn)要定期進(jìn)行。在可能發(fā)生的事故后,也可能要進(jìn)行試驗(yàn),以檢驗(yàn)修復(fù)工作的質(zhì)量。

2 常規(guī)安全殼隔離閥密封性試驗(yàn)方法

安全殼隔離閥的密封性試驗(yàn),屬于C類(lèi)試驗(yàn)范疇。針對(duì)安全殼隔離閥的密封性試驗(yàn),單層安全殼和雙層安全殼結(jié)構(gòu)沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別,該試驗(yàn)涉及安全殼內(nèi)、外兩側(cè)所有貫穿件的隔離閥。常規(guī)安全殼隔離閥密封性試驗(yàn)方法從原理上可分為 “流量補(bǔ)充法”和 “壓力下降法”兩種方法,如圖1所示。

上述常規(guī)方法的試驗(yàn)要求如下[2]:

1)試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行;

2)以空氣或水為工質(zhì),對(duì)閥門(mén)加壓至安全殼設(shè)計(jì)壓力;

3)當(dāng)閥門(mén)裝有遠(yuǎn)距離操作裝置時(shí),被試驗(yàn)閥門(mén)的關(guān)閉不應(yīng)附加其他任何特別的操作;

圖1 安全殼隔離閥密封性試驗(yàn)的常規(guī)方法Fig.1 Conventional leakage test method f or contain ment isolation valve

4)加壓方向與閥門(mén)執(zhí)行其安全功能的承壓方向一致,除非能夠證明反向加壓具有等同的效果。

采用常規(guī)方法時(shí),需在被試驗(yàn)閥門(mén)上游和下游管道設(shè)置試驗(yàn)接口,同時(shí)要求在閥門(mén)所在工藝管線(xiàn)上游設(shè)置隔離邊界?！傲髁垦a(bǔ)充法”通過(guò)維持被試驗(yàn)閥門(mén)上游隔離邊界 (V1和V3之間)內(nèi)壓力恒定,測(cè)量通過(guò)閥門(mén) (t2)的流量大小確定泄漏率;“壓力下降法”則要求在被試驗(yàn)閥門(mén)隔離邊界 (V1和V2之間)內(nèi)充以一定初始?jí)毫Φ臍怏w,一段時(shí)間后通過(guò)測(cè)量隔離邊界內(nèi)物理參數(shù)的變化確定泄漏率的大小,該方法一般用于支管線(xiàn)及殼外隔離閥密封性的測(cè)量。

《核電廠安全殼密封性試驗(yàn)》(NB/T 20018—2010)[2]中,對(duì)于C類(lèi)試驗(yàn),方法上并沒(méi)有強(qiáng)制性的要求,試驗(yàn)可以采用常規(guī)方法或具有等同效果的其他方法。但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試或定期試驗(yàn)執(zhí)行過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)常規(guī)方法在應(yīng)用過(guò)程中存在如下的缺陷:

1)兩道安全殼隔離閥之間布置管道的試驗(yàn),增加了第三道安全屏障的額外開(kāi)口;

2)由于需在被試驗(yàn)閥門(mén)所在工藝管線(xiàn)上設(shè)置隔離邊界,試驗(yàn)時(shí)需要同步考慮其他試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)每一個(gè)邊界閥門(mén)的占用情況;

3)在實(shí)際應(yīng)用中存在被試驗(yàn)閥門(mén)所需的隔離邊界范圍很大,導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性不高的情況。

因此,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試或定期試驗(yàn)過(guò)程中,需要一種新的安全殼隔離閥密封性試驗(yàn)方法,對(duì)常規(guī)方法進(jìn)行優(yōu)化和補(bǔ)充。

3 安全殼隔離閥的閥腔打壓試驗(yàn)方法

3.1 方法介紹

閥門(mén)工藝設(shè)計(jì)中,因擔(dān)心閥腔內(nèi)堆積填料碎屑,大多會(huì)在閥體上設(shè)置一個(gè)用于填料吹掃的閥根吹掃孔。正常情況下,吹掃孔通過(guò)螺紋型式密封,在需要吹掃時(shí),將螺栓取出并通過(guò)壓縮空氣對(duì)閥腔進(jìn)行吹掃,吹掃完成后更換墊片,然后通過(guò)螺紋密封。閥體上的吹掃孔為閥腔打壓的隔離閥密封性試驗(yàn)方法提供了試驗(yàn)接口。

圖2 閘閥結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of a gate valve

閥腔打壓的試驗(yàn)方法以閥體中腔為承壓邊界,加壓管線(xiàn)連接到吹掃孔上,將試驗(yàn)壓力引入到閥體中腔內(nèi),對(duì)閥門(mén)進(jìn)行密封性試驗(yàn),如圖2所示。通過(guò)維持閥腔內(nèi)的壓力恒定 (安全殼設(shè)計(jì)壓力Pc),測(cè)量加壓管線(xiàn)上的注入流量測(cè)量泄漏率。閥腔打壓的試驗(yàn)方法符合常規(guī)方法中的溫度、介質(zhì)及閥門(mén)操作的要求。對(duì)于加壓方向,由于采用閥腔打壓時(shí),試驗(yàn)工質(zhì)在閥體中腔中,對(duì)于閥門(mén)的下游密封面而言,試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)介質(zhì)加壓方向與常規(guī)方法一致,即與閥門(mén)執(zhí)行其安全功能的承壓方向一致。因此,相對(duì)于右側(cè)密封面,閥腔打壓的試驗(yàn)方法,加壓方向與常規(guī)方法并沒(méi)有區(qū)別,且相對(duì)與常規(guī)方法閥腔打壓具有如下優(yōu)勢(shì):

1)試驗(yàn)過(guò)程中,以閥門(mén)中腔為承壓邊界,不需要其他隔離閥作為上、下游邊界,不影響其他類(lèi)型試驗(yàn)的進(jìn)程;

2)不需設(shè)置隔離邊界,試驗(yàn)所需時(shí)間大為縮短;

3)從防止放射性物質(zhì)向安全殼外釋放的角度而言,隔離閥密封性試驗(yàn)應(yīng)包含對(duì)閥門(mén)外漏的檢查,常規(guī)方法在上游密封面良好的情況下無(wú)法檢查閥門(mén)本體的泄漏,而閥腔打壓的形式包含了對(duì)閘閥閥體及上下游兩個(gè)密封面的檢查;

4)常規(guī)方法測(cè)得的泄漏率為試驗(yàn)閥門(mén)及隔離邊界內(nèi)工藝管線(xiàn)的總泄漏率,閥腔打壓測(cè)得的泄漏率則為閥門(mén)本體的泄漏率,試驗(yàn)結(jié)果更為保守。

從可實(shí)施性角度而言,閥根吹掃孔的存在為閥腔打壓的隔離閥密封性試驗(yàn)方法提供了接口。但相對(duì)于常規(guī)方法中閘閥一側(cè)密封面的密封性完好即可保證試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足要求,閥腔打壓對(duì)閥門(mén)的制造工藝要求更為嚴(yán)格,閥門(mén)兩側(cè)密封面均要求具有良好的密封效果,才能保證閥腔打壓試驗(yàn)方法的順利實(shí)施。

3.2 驗(yàn)收準(zhǔn)則

安全殼隔離閥密封性試驗(yàn)的驗(yàn)收準(zhǔn)則與所采用的試驗(yàn)方法無(wú)關(guān),采用閥腔打壓對(duì)隔離閥進(jìn)行密封性試驗(yàn)與常規(guī)方法的驗(yàn)收準(zhǔn)則相同,均遵循RCC-M[3]及RCC-G中對(duì)于閥門(mén)及安全殼中C類(lèi)試驗(yàn)相關(guān)的驗(yàn)收準(zhǔn)則要求。

在安全殼設(shè)計(jì)壓力下,安全殼隔離閥的實(shí)測(cè)總泄漏率限值為安全殼整體泄漏率的50%,對(duì)于雙層安全殼結(jié)構(gòu),此準(zhǔn)則值針對(duì)內(nèi)層安全殼的整體泄漏率。對(duì)于單體閥門(mén)試驗(yàn)的最大允許泄漏率如下:

1)水壓試驗(yàn):Q≤0.1 Nc m3· (mm·h)-1閥門(mén)公稱(chēng)直徑;

2)氣壓試驗(yàn):Q≤15.7 Nc m3· (mm·h)-1閥門(mén)公稱(chēng)直徑,對(duì)于某些通風(fēng)系統(tǒng)的安全殼隔離閥,此準(zhǔn)則值為19.7 Nc m3· (mm·h)-1閥門(mén)公稱(chēng)直徑。

3 .3 應(yīng)用實(shí)例

“華龍一號(hào)”堆型的安全殼噴淋系統(tǒng) (CSP)和安全注入系統(tǒng) (RSI)設(shè)計(jì)中,為提高系統(tǒng)的可靠性,每個(gè)系列僅在內(nèi)置換料水箱 (IRWST)與泵連接的管道之間設(shè)置了1臺(tái)電動(dòng)隔離閥,此隔離閥設(shè)置在安全殼外,用以實(shí)現(xiàn)安全殼隔離功能。由IRWST向安全殼隔離閥的管道外面套有密封的同心護(hù)管,設(shè)有密封件使密封套和護(hù)管內(nèi)腔不能與IRWST或安全殼內(nèi)大氣直接連通。

以安全殼噴淋系統(tǒng)為例,由于換料水箱內(nèi)置,正常運(yùn)行工況下IRWST內(nèi)為 (2400±100)mg/L的硼酸溶液,如圖3。采用常規(guī)方法測(cè)量013/014 VB的密封性時(shí),需將IRWST內(nèi)的硼酸溶液排空,拆下過(guò)濾器,并在管道入口處焊接臨時(shí)盲板,加壓管線(xiàn)則接在臨時(shí)盲板上,通過(guò)維持盲板與013/014 VB之間的壓力恒定,由115/116 VB處分別測(cè)量013/014 VB的泄漏率。針對(duì)013/014 VB采用常規(guī)方法測(cè)量泄漏率時(shí)會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題:

1)每次測(cè)量要求排空IRWST內(nèi)的硼酸溶液,但由于存在死區(qū),硼酸溶液無(wú)法完全排空;

2)試驗(yàn)前要求焊接臨時(shí)盲板,并在試驗(yàn)后切除,操作復(fù)雜,工作時(shí)間長(zhǎng),且焊接過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑可能進(jìn)入管道,從而使管道無(wú)法有效清潔;

3)若是事故后對(duì)隔離閥密封性進(jìn)行檢查,IRWST內(nèi)的溶液會(huì)存在放射性,工作人員進(jìn)行盲板焊接和切割的過(guò)程中會(huì)受到一定的輻射照射。

圖3 “華龍一號(hào)”安全殼噴淋系統(tǒng)隔離閥配置Fig.3 Configuration of the contain ment isolation valve f or CSP systemin HPR1000

針對(duì)013/014 VB,若采用閥腔打壓對(duì)其進(jìn)行密封性檢查,便不會(huì)產(chǎn)生上述問(wèn)題。采用閥腔打壓的試驗(yàn)方法,不需焊接和切割臨時(shí)盲板,且IRWST的硼酸溶液無(wú)需排空,試驗(yàn)人員在殼外即可進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中的隔離邊界即為013/014 VB的閥體中腔,將013/014 VB閉鎖后,通過(guò)螺紋連接的形式,將引壓管接到閥門(mén)的閥根吹掃孔上,測(cè)量?jī)x表連接到引壓管上,通過(guò)維持閥腔內(nèi)的壓力恒定,測(cè)量?jī)x表的讀數(shù)即為013/014 VB的泄漏率。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)安全殼整體性試驗(yàn)要求,給出了一種安全殼隔離閥密封性檢查的閥腔打壓試驗(yàn)方法。相對(duì)于常規(guī)方法,閥腔打壓以閥根吹掃孔為試驗(yàn)接口,閥體中腔為承壓邊界,不需在被測(cè)閥門(mén)上、下游設(shè)置試驗(yàn)接口及隔離邊界,試驗(yàn)過(guò)程大為簡(jiǎn)化。特別在常規(guī)方法應(yīng)用困難的情況下,采用閥腔打壓的隔離閥密封性試驗(yàn)方法具有較大優(yōu)勢(shì)。對(duì)于核電廠調(diào)試及定期試驗(yàn)期間的隔離閥密封性檢查,具有較大的借鑒意義,特別對(duì)于縮短調(diào)試及定期試驗(yàn)工期,具有很大的應(yīng)用價(jià)值。