首臺AP1000高壓氫氣升壓站氣壓試驗方案及風險分析

摘要：三門核電是國內外核電廠中首個建設40MPa以上的氫氣升壓站，對于標準、規范、試驗項目等均存在一定的挑戰性。文章介紹了首臺AP1000核電站高壓氫氣升壓站系統，針對40MPa以上的高壓系統提出了壓力試驗、氣密性試驗、泄漏率試驗方案，分析了潛在的風險，并提出了相應的防范措施。

關鍵詞：AP1000；高壓；壓力試驗；氣密性試驗；泄漏率試驗；風險分析 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）24-0024-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.24.012

AP1000出于簡化設計、減少設備的目的，將CVS（化學和容積控制系統）采用高壓加氫技術，在電廠正常運行期間，直接向一回路注入20.68MPa以上的高壓氫氣，以抑制水的輻照分解，減少腐蝕產物和活化產物，降低核電廠的輻照劑量。AP1000標準設計中采用高壓氫氣瓶供給氫氣，氣瓶容積37.4L，設計壓力為41.4MPa。由于國內市場上無法直接采購到41.4MPa的高壓氫氣，經設計院評估，三門核電額外增加一個高壓氫氣升壓站，為六臺機組提供高壓氫氣。

對于西屋設計的41.4MPa氫氣，國內沒有可以依據的標準、規范存在一定的滯后和混亂性。三門核電也是國內外核電廠中首個建設40MPa以上的氫氣升壓站，對于標準、規范、試驗項目等均存在一定的挑戰性。

1 系統概況

三門核電的高壓氫氣升壓站為海德利森專用固定式氫氣增壓站系統，采用1.0～20MPa儲氣瓶中的氫氣作為被壓縮介質，使用低壓壓縮空氣作為增壓機動力源，把氫氣增壓至41.4MPa，經過高壓匯流排對高壓氫氣瓶進行灌充，灌充完成后運至廠內高壓儲氫站，供高壓氫氣用戶使用。

本臺氫氣增壓系統為一套獨立運行的系統，由對氫氣增壓、氫安全監控報警、系統自動監視控制等子系統組成，能夠具有41.4MPa儲氫瓶充裝的加注能力。系統配六臺獨立氣動氫增壓泵并聯設計，三臺平均流量即可達到正常流量要求，可互為備份，當某個增壓缸出現問題，可切換至備用增壓缸運行，確保充裝工作可靠性。匯流排為高壓設計，采用SS316不銹鋼材料，設計壓力70MPa。同時可充10個瓶，分兩組，可同時操作，也可分別操作，增加充裝靈活性。

圖1 高壓氫氣升壓站流程簡圖

2 試驗前準備

2.1 先決條件

流程圖檢查、機械檢查、儀控檢查、電氣檢查、AOV檢查、PLC邏輯檢查等設備單體試驗均已完成，未處理完的設備缺陷不影響本試驗進行。

2.2 試驗方案的確定

（1）壓力試驗邊界的確定，驗證從升壓泵出口經匯流排到高壓氫氣瓶之間的系統完整性；（2）升壓設備的確定，利用設備自帶的升壓泵進行增壓試驗，同時可以驗證泵的性能；（3）升壓臺階等級的確定，將試驗壓力分為21MPa、25.5MPa、30MPa、34.5MPa、39MPa、43.5MPa六個臺階，每個臺階保壓30min，合格后繼續進行下一個臺階。

2.3 材料準備及臨措

（1）15MPa氮氣瓶組件，13MPa氦氣瓶組件，檢漏液；（2）向氫氣升壓站系統供應氮氣和氦氣的臨時措施已完成；（3）10支高壓氫氣瓶與系統連接已完成，且瓶閥已打開。

2.4 安全措施

（1）試驗過程中由工作負責人統一指揮，協調行動，確保安全試驗；（2）設備本體超壓雙重保護措施：首先，增壓泵超壓會自動停機；其次，當壓力設定失效，增壓泵不停機時，系統自身內置安全閥自動開啟卸壓，避免超壓，安全閥起跳和自恢復動作要靈活，安全閥須在標定有效期，按設計壓力的1.05倍標定，試驗過程中應嚴格控制系統壓力不超過安全閥動作壓力（即43.5MPa）；（3）進入現場必須穿戴好安全帽、護目鏡、防砸鞋等防護用品，管線發生泄漏時嚴禁帶壓緊固和錘擊敲打，在對設備進行檢查和檢驗時，不要過分用力；（4）確保安全的工作環境已建立，試驗區域周圍拉上警戒線、設置醒目的警示標識并有專人負責安全，防止非工作人員誤入試驗區域；（5）系統充氦氣和氮氣后，應加強工作區域氧氣濃度檢測，防止出現窒息事件；（6）在檢查過程中，相關人員須遵守相關的安全規程，遵循設備試驗程序的相關注意事項，防止事故發生。

3 試驗過程

3.1 檢查閥門

對閥門進行在線檢查，確認閥門的開關狀態。

3.2 向系統內注入氮氣

（1）將氮氣瓶組件連接到臨措口，打開氮氣瓶組件出口閥；（2）緩慢打開進氣閥門，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數上升到10MPa時，關閉進氣閥門，保壓10分鐘，觀察是否有壓力下降，同時用檢漏液對焊縫和連接處進行檢查，如找到泄漏點，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統壓力，對泄漏點進行處理；如未找到泄漏點，則繼續試驗；（3）緩慢打開進氣閥門，使氫氣升壓站系統內壓力與氮氣瓶組件壓力平衡，觀察氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數，記錄壓力示數，保壓10分鐘，同上檢查方法，如未找到泄漏點，則繼續

試驗。

3.3 氫氣升壓泵的初次啟動

（1）按通用調試程序，對六臺氫氣升壓泵進行運行前檢查；（2）依次點動六臺氫氣升壓泵，觀察泵是否運行順暢、無卡澀。

3.4 壓力試驗過程

（1）就地啟動升壓泵MP-51，使系統升壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數上升至21MPa時，就地停運升壓泵MP-51，保壓30分鐘后，壓力趨于穩定后讀取壓力表示數，觀察是否有壓力降，同時用檢漏液對焊縫和連接處進行檢查，如找到泄漏點，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統壓力，對泄漏點進行處理；如未找到泄漏點，則繼續試驗，記錄氫氣升壓泵相關運行參數。（2）同上檢驗方法，繼續升壓至25.5MPa、30MPa、34.5MPa、39MPa、43.5MPa，試驗完成后緩慢打開泄壓閥門，使系統降壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數下降至21MPa時，緩慢關閉泄壓閥門。按上述方法分別單獨啟動另外五臺升壓泵MP-52～MP56進行壓力試驗。試驗結束后，緩慢關閉進氣閥門，緩慢打開泄壓閥門使系統降壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數下降至0MPa時，緩慢關閉泄壓閥門，卸下氮氣瓶組件。

3.5 氣密性試驗過程（第一階段）

（1）將氦氣瓶組件連接到臨措口，打開氦氣瓶組件出口閥；（2）緩慢打開進氣閥門，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數上升到2.5MPa時，關閉閥門進氣閥門，保壓30分鐘后，壓力趨于穩定后讀取壓力表示數，用檢漏液對焊縫和連接處進行檢查，如找到泄漏點，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統壓力，對泄漏點進行處理，如未找到泄漏點則繼續試驗；（3）關閉氦氣瓶組件出口閥，卸下氦氣瓶組件，將氮氣瓶組件連接到臨措口，打開氮氣瓶組件出口閥；（4）緩慢打開進氣閥門，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數上升到10MPa時，關閉進氣閥門，保壓30分鐘后，同上檢查方法，如未找到泄漏點，則繼續試驗；（5）緩慢打開進氣閥門，使氫氣升壓站系統內壓力與氮氣瓶組件壓力平衡，觀察氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數，記錄壓力示數，保壓30分鐘后，同上檢查方法，如未找到泄漏點，則繼續試驗；（6）就地同時啟動六臺升壓泵，使系統升壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數上升至41.4MPa時，就地同時停運這六臺升壓泵，并用檢漏液對焊縫和連接處進行檢查，如找到泄漏點，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統壓力，對泄漏點進行處理；如未找到泄漏點，應繼續保壓不少于30分鐘，無壓力降則開始進行泄漏量試驗。

3.6 泄漏量試驗過程

使系統壓力達到設計壓力，觀察氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數為41.4MPa時，保壓24小時，平均每小時的泄漏率小于0.5%時判定為合格，記錄試驗開始和結束時的系統壓力和溫度，計算系統平均每小時的泄

漏率。

3.7 氣密性試驗（第二階段）

（1）關閉進氣閥門，緩慢打開泄壓閥門，卸去系統壓力，系統壓力降至0MPa，關閉泄壓閥門；（2）緩慢打開進氣閥門，使系統升壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數上升至2MPa時，關閉進氣閥門，使用檢漏液對焊縫和連接處進行檢查，以無泄漏為合格。如找到泄漏點，則緩慢打開泄壓閥門，卸去系統壓力，對泄漏點進行處理；如未找到泄漏點，應繼續保壓不少于30分鐘，無壓力降。

3.8 系統恢復

緩慢打開泄壓閥門，使系統降壓，待氫氣升壓泵出口母管壓力變送器示數下降至0.1MPa時，關閉泄壓閥門；拆除設備臨措和恢復閥門狀態。

4 風險分析

40MPa以上的氣壓試驗是一項很具有危險性的試驗，風險主要來自于人身安全和系統部件安全，試驗前應對試驗中可能存在的風險進行識別和評估，做好相應的防范措施，確保試驗順利進行。

4.1 加壓管線泄漏傷人

防范措施：試驗前檢查廠家提供的管道焊后PT檢驗記錄，試壓前對管線及匯流排軟管和氣瓶連接處進行檢查，確保完好。

4.2 違章作業

防范措施：對工作組成員進行嚴格的試壓前試驗方案交底，安全交底，禁止帶壓修理，引起人員傷害，同時加強試驗過程的人員安全檢查監督。

4.3 機具風險

工機具及度量儀表使用中出現故障試驗失敗。

防范措施：做好應急預案準備，對可能出現的設備損壞要保證庫存。

4.4 過程風險

壓力上不去，試驗失敗。

防范措施：確保氮氣供應充足且在1MPa以上，閥門的設備狀態正常。

4.5 壓力風險

升降壓太快，引起系統內壓力不平衡，損壞系統

部件。

防范措施：嚴格按照升壓平臺進行分臺階升壓及緩慢泄壓。

4.6 時間風險

增壓設備長時間工作故障，造成系統在較高壓力下長時間等待。

防范措施：試驗前對加壓設備全面認真檢查，試驗過程中安排專人加強檢查。

5 結語

三門核電作為國內重點發展的三代核電首個自主化依托項目，40MPa以上壓力的氫氣升壓站是核電廠重大危險源之一，本方案利用氮氣和氦氣作為試驗用氣，分臺階進行壓力試驗，分階段進行氣密性試驗，確保試驗的安全性和可靠性，也驗證了升壓泵的性能；分析了試驗過程中可能存在的風險并提出防范措施，為后續眾多規劃建設中的AP1000項目具有一定的借鑒價值。

參考文獻

[1] 顧軍.AP1000核電廠系統與設備[M].北京：原子能出版社，2010.

作者簡介：謝建江（1986-），男，浙江臺州人，三門核電有限公司助理工程師，研究生，研究方向：核電廠氣體系統。

（責任編輯：周 瓊）