浅谈蒸汽发生器化学监督试验的必要性

杨杰

【摘 要】江苏核电田湾核电站5、6号机组是根据法国M310机组翻版设计建造和安装调试运行。由于早期运输能力问题，法国蒸汽发生器在制造厂没有执行一、二次侧单独水压试验，不满足RCC-M规范的“单独试验原则”要求。本文分析了目前蒸汽发生器的制造工艺，论证蒸汽发生器化学监督试验的必要性。

【关键词】核电站；蒸汽发生器；化学监督试验

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）01-0176-002

【Abstract】Unit 5 and Unit 4 of Tianwan Nuclear Power Plant in Jiangsu Nuclear Power Plant are designed， built， installed and commissioned according to the French version of M310. Due to the problem of early transport capacity， the French steam generator did not perform primary and secondary hydrostatic tests at the manufacturer and did not meet the "separate test principle" requirement of the RCC-M specification. This paper analyzes the current steam generator manufacturing process， demonstrating the necessity of chemical supervision of steam generator.

【Key words】Nuclear power station； Steam generator； Chemical supervision test

0 概述

核电站蒸汽发生器是核蒸汽供应系统一二回路间的换热设备，是一二回路间的压力边界，其设计和制造质量对核蒸汽供应系统的安全性和可靠性影响重大。影响蒸汽发生器一二次侧密封性的部件包括U形传热管及U形传热管与管板间的接头。在设计和制造过程中，必须保证其结构的完整性和密封性，以保证蒸汽发生器的安全运行。设计中，须对蒸汽发生器管子管板接头进行应力分析，保证其在各类工况的完整性要求；制造中，须进行各种强度、无损检查和密封性检查，保证其制造质量达到设计的要求。

1 背景

田湾核电站5、6号机组是根據法国M310机组翻版设计建造和安装调试运行。由于早期运输能力问题，法国M310型核电站蒸汽发生器上部组件（包括上部筒体、汽水分离器、干燥器、给水环等）和下部组件（包括下部筒体、套筒、管束、下封头等）完成制造后，分别运送至电站现场，再进行上、下部组件的焊接组装。无法按照RCC-M（法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则）规范的要求进行出厂前的单独水压试验。蒸汽发生器在电站现场组装后，再与系统管道进行安装，安装完成后进行现场系统水压试验，代替设备单独水压试验。现场水压试验包括一回路系统冷态功能试验和二回路系统水压试验。

2 蒸汽发生器化学监督试验

由于一回路冷态功能试验的边界包括了3台蒸汽发生器、稳压器、反应堆、3台主泵和一回路主管道，各个设备一同进行的水压试验不满足RCC-M规范要求的单独试验原则（蒸汽发生器一次侧（容器））。为此，法国核安全当局（ASN）要求增加一项基于检查蒸汽发生器一次侧向二次侧泄漏为目的的密封性试验项目。因此，设计者应要求增设了应用化学方法来检测蒸汽发生器一次侧到二次侧泄漏的蒸汽发生器化学监督试验（即TPCDF52试验），来补充M310机组因未进行RCC-M规范要求的“单独试验原则”。

蒸汽发生器化学监督试验（TPCDF52）是核电站热态功能试验期间，一回路主系统升压至17.2Ma.g设计压力下时，使用化学方法监测蒸汽发生器一次侧向二次侧泄漏硼浓度，并换算为一次侧向二次侧的泄漏率试验，以检验蒸汽发生器一二次侧间密封性能。

3 规范要求

田湾核电站5、6号机组蒸汽发生器设计与建造遵循RCC-M2000+2002补遗，其中B5000的要求适用于一回路主系统的全部承压部件。不属于一回路主系统的一级部件，特别是蒸汽发生器的二次侧应按C5000的规定进行试验。

3.1 水压试验

3.1.1 单独试验

部件安装前须进行单独的水压试验。一般情况下，该项试验应在制造车间进行，但也可在电厂现场进行。水压试验还可以在一回路系统试验的同时进行，只要在系统试验过程中可以达到单个部件试验的试验压力。

3.1.2 一回路系统的最终试验

一回路系统的最终水压试验必须保证系统全部承压部件都能承受到RCC-MB5120规定的试验压力。

4 设计分析

4.1 系统分析

蒸汽发生器完成“蒸汽发生器二次侧密封性水压（出厂）试验”、“蒸汽发生器一次侧密封性水压（出厂）试验”和“蒸汽发生器二次侧氦气检漏（出厂）试验”三项出厂试验项目和在安装结束后完成“蒸汽发生器二次侧密封性水压（安装后）试验”项目后，满足RCC-M B5000、C5000、MC7400规范（泄漏检测方法）的单体试验要求，可确保蒸汽发生器密封性能。通过调试期间的一回路整体水压试验和一回路泄漏率试验项目，可保证一回路系统整体泄漏率满足设计要求。

4.2 一回路整体水压试验

蒸汽发生器在与一回路设备安装后，按照RCC-M2000+2002补遗中B5000要求，冷试期间对整个一回路压力边界进行一回路设计压力1.33倍的“一回路最终试验”（B5120）。一回路主系统冷态功能试验（22.8MPa）在一回路升压至22.8MPa（1.33倍设计压力）平台时，至少保压10分钟以上，试验主要目的是验证一回路各承压部件、设备的密封性、强度以及安装质量满足要求。一回路整体水压试验可确保系统（包括蒸汽发生器）密封性满足设计要求。

4.3 一回路泄漏率试验

系统热试期间进行一回路整体密封性试验，通过对稳压器液位、容控箱液位、主泵轴封泄漏等参数进行计算，确保一回路压力边界（包括蒸汽发生器）泄漏率满足要求（不可测量泄漏率低于230L/h，总泄漏率低于2300L/h）。

综上所述，系统的整体密封性已通过调试期间一回路整体水压试验和泄漏率试验进行验证。TPCDF52是针对蒸汽发生器单体密封性试验项目，取消TPCDF52不影响系统的整体密封性试验结果。

4.4 设备分析

TPCDF52试验原理与蒸汽发生器制造期间的氦检漏方法类似。

蒸汽发生器U形传热管采用因科镍690材料，通过冷轧方式获得成品管。管子出厂前，须进行超声波检验、涡流检验和单根水压试验，保证U形传热管的质量和密封性。蒸汽发生器U形传热管的制造受严格的工艺和无损检验控制，其制造质量优秀，在核电站工程实践中，极少出现因传热管质量问题引起的蒸汽发生器泄漏。

蒸汽发生器管子与管板接头制造工序一般为：管子管板接头定位胀、管子管板焊接、氦检漏、液压胀、100%PT、6%RT、一次侧水压试验和二次侧水压试验。 水压试验时，升压至工作压力（一次侧绝压15.5MPa，二次侧绝压6.71MPa），至少保压10分钟；继续升压至设计压力（一次侧绝压17.23MPa，二次侧绝压8.6MPa），至少保压10分钟；而后升压至试验压力，保持足够时间（至少10分钟）以便进行检查。然后降压至设计压力，保压至少4小时，检查是否存在泄漏、冒汗现象。工厂水压试验的目的是最终验证蒸汽发生器的强度和密封性能，特别是蒸汽发生器管子和管板接头的密封性能。

采用水压试验方法检查管子管板接头泄漏的灵敏度远高于TPCDF52试验的灵敏度。TPCDF52试验的验收准则是0.100L/h，相当于每分钟33滴水的泄漏量，而水压试验方法检查管子管板接头泄漏时，可以较容易的检查到每5分钟一滴水的泄漏量。

根据蒸汽发生器设计与制造方面的分析，通过对制造工艺和各种检查手段的严格控制，可以保证蒸汽发生器管子管板接头的制造质量，采用的泄漏试验手段可取代TPCDF52试验方法来最终验证蒸汽发生器一次侧向二次侧的泄漏量，并具有更高的灵敏度。

4.5 水压试验分析

RCC-M对蒸汽发生器密封性压力试验有严格规定，蒸汽发生器制造完成后，须按RCC-M规范要求进行水压试验。

4.5.1 單独试验

田湾核电站5、6号机组蒸汽发生器完成制造后、设备发运前，将在厂内进行蒸汽发生器一、二次侧水压试验，符合RCC-M B5000、C5000要求的单独水压试验要求。具体要求见表1所示。

4.5.2 最终试验

田湾核电站5、6号机组蒸汽发生器在核电站现场安装完成后，将进行蒸汽发生器一、二次侧的系统水压试验，水压试验符合RCC-M B5000、C5000要求的最终水压试验要求。具体要求见表2所示。

田湾核电站5、6号机组蒸汽发生器的单独水压试验和最终水压试验，已满足了RCC-M B5000和C5000的规范要求，验证了蒸汽发生器的完整性、密封性和制造质量。按照目前蒸汽发生器制造工序，再补充TPCDF52试验来验证蒸汽发生器的密封性已无实际意义。TPCDF52试验本质上也是水压试验，只是在一回路水中加入了硼作为示踪剂，来测量和换算蒸汽发生器从一次侧向二次侧的泄漏量，继而验证其密封性。由于示踪剂浓度的化验受到较多因素的影响，对其化验的精度影响很大，泄漏检测的灵敏度误差很大，远低于蒸汽发生器的水压试验和管子管板接头氦检漏的试验灵敏度。再者，TPCDF52试验受到试验环境的影响较大，在同类型核电站机组的工程实践中，某些机组由于受到当地的水源影响，试验用水中硼本底较高，化验检测数据已被水中硼浓度本底覆盖，无法实施TPCDF52试验。因此，从上述分析取消TPCDF52试验不影响对蒸汽发生器的密封性验证。

5 相关参考项目

法国三代核电技术的EPR机组FA3核电厂蒸汽发生器制造完成后在设备制造厂增加了蒸汽发生器出厂前的水压试验项目，遵循RCC-M规范要求的蒸汽发生器须单独试验要求，在三代EPR机组上取消了TPCDF52试验项目。

AP1000为美国西屋公司设计的三代核电机组，采用ASME规范1998+2000补遗设计和建造，蒸汽发生器水压试验按ASME NB6200要求，在设备制造厂进行出厂前水压试验，在核电站现场进行系统水压试验，验证蒸汽发生器的完整性、密封性和制造质量。在电厂系统热态功能试验时，未设置类似法国TPCDF52试验的化学方法检验蒸汽发生器泄漏试验项目。

6 结论

田湾核电站5、6号机组蒸汽发生器为M310机组翻版设计，增加了在制造厂的一、二次侧单独水压试验。通过对田湾核电站5、6号机组一回路系统及设备的论证和对参考项目的分析研究，从设计角度，田湾核电站5、6号机组蒸汽发生器在制造厂和现场进行的一、二次侧水压试验及一回路系统冷态功能试验，已满足了RCC-M的单独试验及一回路系统的最终试验要求，完全可保证蒸汽发生器的完整性、密封性和制造质量，可以取消以验证蒸汽发生器一次侧向二次侧泄漏为目的的TPCDF52试验。

【参考文献】

[1]法国核岛设备设计、建造及在役检查规则协会（AFCEN）.法国压水堆核岛机械设备设计和建造规则（RCC-M），2002.

[2]美国机械工程师学会（ASME）.锅炉及压力容器规范，2004.

[3]田湾核电站5-6号机组蒸汽发生器设备技术规格书，2009.