AP1000核電廠蒸汽發生器二次側水壓試驗升壓系統設計

崔 闊，張娜娜，李忠全

（1.山東核電有限公司；2.山東核電設備制造有限公司，山東 煙臺 265116）

AP1000核電廠蒸汽發生器二次側水壓試驗升壓系統設計

崔 闊1，張娜娜2，李忠全1

（1.山東核電有限公司；2.山東核電設備制造有限公司，山東 煙臺 265116）

本文針對AP1000核電廠蒸汽發生器二次側水壓試驗，設計完成一套升壓裝置，并對升壓裝置的現場應用效果進行描述。此升壓系統的設計，解決了AP1000核電廠調試期升壓試驗過程中的升壓問題，并對此升壓系統的應用前景進行介紹。

AP1000；水壓試驗；升壓系統

1 引言

在AP1000機組調試過程中，“蒸汽發生器二次側水壓試驗”是系統調試過程中的重要里程碑節點，是AP1000機組后續調試試驗開展的基礎，目的是檢驗蒸發器發生系統及其相連管道的密封性、檢驗管線部件和機械連接點的承壓強度。同時，AP1000要求“蒸汽發生器二次側水壓試驗”在壽期內超過系統設計壓力的次數不能超過10次。因此，升壓裝置的可靠性將成為決定試驗成敗的關鍵因素。

本文針對蒸汽發生器二次側水壓試驗設計并形成一套升壓系統，并對此升壓系統的工程應用普遍性進行了簡要闡述。

2 設計背景

蒸汽發生器二次側水壓試驗需要分7個平臺升壓并達到11MPa的高壓，由于AP1000三代核電采用了非能動的設計理念，相比其他型號的核電機組精減了大量的能動系統和冗余設備，因此AP1000三代核電針對蒸汽發生器二次側水壓試驗和其他系統水壓試驗并未設置專門的水壓試驗用升壓裝置［1］。為解決此類問題，需要設計一套專門的水壓試驗用升壓系統。

此外，在蒸汽發生器二次側水壓試驗的最高壓力平臺，要求壓力保持的穩定性較高，一旦低于范圍下限值，則意味著水壓試驗失敗，如果高于范圍上限值，則計入壽期內超壓次數，此特點則要求升壓裝置具備高精度調節能力。

整套升壓系統要便于組裝和現場移動，升壓泵出口下游所有設備均要求能夠承受30MPa以上的高壓。

3 升壓系統設計

AP1000水壓試驗升壓裝置的設計采用模塊化理念［2］，并依據設備在系統中的功能進行分類，系統共分為五個功能模塊：水源模塊、升壓模塊、調壓模塊，管道模塊，數據采集模塊。系統簡圖詳見圖1。

3.1 水源模塊設計

為保證升壓過程中的供水穩定，在供水水源的設計上采用主水源和備用水源冗余設計的理念。

同時考慮水源的多樣性，使用非能動水源作為主要水源，能動水源作為備用水源，使升壓裝置供水更為可靠。主水源取自電廠除鹽水儲存箱（凈容積約400m3并帶有液位和溫度儀表），通過重力自流進行補水。備用水源引自備用水儲存箱，通過潛水泵進行補水。

水源與升壓裝置間采用消防軟管進行連接，由于此部分并不承受高壓，消防軟管更為易得并且方便連接和現場排布。

3.2 升壓模塊

3.2.1 升壓裝置選定要求

（1）升壓裝置必須滿足水壓試驗所要求的升壓速率，即0.7MPa/ Min。

（2）升壓泵必須具備小流量、高壓力的特點。

（3）由于重新采購升壓用泵需要較長的周期；僅利用現場已有條件進行升壓模塊的組裝和設計。

（4）升壓裝置可提供30MPa以上的壓力，并且運行穩定可靠，控制精準，便于現場運輸和組裝，具備較強的現場適應能力。

（5）操作簡單易于人員培訓。

3.2.2 升壓模塊的組成

根據3.2.1節的要求，升壓模塊一運一備，兩套并聯使用，每套主要由供水儲存箱、輸水泵、柱塞升壓泵、靜音空壓機、軸承油冷卻器、安全爆破膜片、一次氣動調壓閥等幾個重要部分組成，每套升壓模塊的出口管線均設置一個逆止閥（TV01和TV02）以防止高壓水倒流。

其中，供水儲存箱接收供水模塊的供水，起到水源暫存和緩沖的作用；輸水泵將供水儲存箱中的水輸送到柱塞升壓泵腔室中進行升壓后輸出；靜音空壓機為柱塞升壓泵提供氣源動力；安全爆破膜片安裝在柱塞泵的出口，以防由于柱塞泵故障造成的出口超壓；同時，該模塊設置了一次氣動調壓閥和相應回流管線，此調壓閥可對設備出口壓力進行初步調節。

主要升壓設備高壓柱塞泵具備高壓力、低流量的特性，表1為高壓柱塞泵的參數介紹。

表1 高壓柱塞泵的主要設計參數

在現場使用的過程中，存在由于升壓模塊連續長時間運轉，高壓柱塞泵及其電機溫度過高的問題。為解決此問題，現場還加裝了臨時鼓風機，運用強迫空氣對流的方式為高壓柱塞泵及其電機進行降溫，達到了良好效果。

3.3 調壓模塊

蒸汽發生器二次側水壓試驗對升壓速率的要求為不超過0.7MPa/ min，為了精確控制升壓速率，以及在各壓力平臺進行穩壓操作的同時不至使升壓模塊停止運行，升壓系統設置了二次調壓模塊。

調壓模塊（示意圖詳見圖2）的核心設備為一個三通調節閥［3］，其旁路排水管線為直徑DN100的消防軟管。為使三通調節閥具有良好的調節曲線，設計上考慮盡量減少調節閥旁路管線的背壓，因此在旁路管線的組裝過程中一定注意管道的排布，應做到通暢無阻塞。在現場實踐應用的過程中，發現此種考慮確實可以令升壓速率平穩并符合限值要求。

3.4 管道模塊設計

在調壓模塊及被打壓系統之間設有一個逆止閥（TV09），防止在水壓試驗期間高壓水回流造成非預期泄壓。逆止閥下游安全閥（TV04）的作用是根據ASME規范要求，為防止被打壓系統非預期超壓而設置。隔離閥（TV05）起到隔離被打壓系統的作用，如升壓系統需要進行緊急檢修，則須先將隔離閥（TV05）進行隔離。的作用。支路管道上的兩個串聯隔離閥（TV06、TV07）用作臨時壓力傳感器安裝用的儀表根閥，其下游隔離閥（TV08）則用作壓力傳感器的排氣閥。

3.5 數據采集模塊設計

為了在水壓試驗期間能夠連續監測系統壓力，繪制系統水壓試驗壓力曲線，為后續的設計提供基礎數據，升壓裝置采用了壓力數據采集模塊（圖3）。

數據采集模塊采用GRAPHTEC多通道高速無紙記錄儀作為現場儀表測量數據采集的主設備，具有測量通道實時數據顯示、趨勢顯示和記錄、報警顯示和輸出、歷史數據存儲和檢索、以及通過以太網與上位機聯網進行遠程數據讀取和參數配置等功能。單臺主機最大通道數為112通道，最多可擴展到10臺主機1120通道。按照 AP1000核電廠蒸汽發生器二次側水壓試驗監測數據要求，配置為100Mbps快速以太網，并將數據采集記錄儀的信息同時在 3個監測點進行共享，每個監測點通過 VGA延長器的網絡共享主站實時顯示的信息。

4 結語

本系統已成功應用于海陽AP1000核電1號機組的蒸汽發生器二次側水壓試驗，在調試期現場應用過程中所產生如下良好實踐效果：

（1）此升壓裝置從設計到現場安裝完成并具備投入條件，共歷時一周，所設計系統由于引入模塊化理念，組裝方便，節省工期。（2）由于所有系統組成部分均為調試現場已有設備裝置和耗材，無需重新采購，既節省了試驗工期，又節省了相關采購費用。（3）裝置簡單容易操作，可靠性高。（4）數據采集系統做到了信息數據多點同步，使得系統升壓速率和壓力值可直接反饋至升壓操作員，便于操作員第一時間得知系統升壓狀況，操作精度高，便于應急響應。（5）經過現場的實踐評估，本系統可重復使用，并應用于各類水壓試驗，便于非能動壓水堆AP1000后續機組使用。

AP1000核電廠蒸汽發生器二次側水壓試驗升壓系統從根本上解決了AP1000電廠調試期的水系統升壓問題，此系統可根據不同的試驗方案進行裝置的靈活配置，并可重復使用。

此水壓試驗升壓系統還可推廣應用于海陽核電項目“一回路冷態水壓試驗”以及后續擴建工程的相關水壓試驗，并可在所有AP1000電廠進行推廣。海陽核電項目作為AP1000世界首批三代核電項目，本設計在海陽機組的成功實施，對今后所有AP1000電廠的臨時升壓系統設計具有指導意義。

［1］林誠格.非能動安全先進核電廠AP1000（2008）［K］.

［2］李永輝，孫炳禹.AP1000機組模塊化施工簡介（2011）［K］.

［3］張志賢.閥門技術資料手冊（2013）［K］.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.161

崔闊（1987-），男，山東人，助理工程師，研究方向：核工程與核技術。