“華龍一號”一回路水壓試驗壓力系數的選取

劉光偉，劉文杰，張慶國，彭 娟

（中國核電工程有限公司 華東分公司，浙江 海鹽 314300）

“華龍一號”壓水堆作為中核集團自主研發的三代核電機組，其遵循的設計建造規范與以往傳統壓水堆機組有較大的不同，且一回路水壓試驗的實施并無先例可以遵循，故對其試驗壓力系數的分析有助于后續華龍系列堆型的設計走向成熟。本文針對“華龍一號”一回路水壓試驗壓力系數的選取從規范、標準、采購等各方面進行綜合分析，最終明確適合“華龍一號”水壓試驗的壓力系數。

1 水壓試驗系數選取

一回路水壓試驗是以一個合適的試驗壓力，對一回路主系統及其有關輔助系統的高壓設備進行強度性水壓試驗，以檢查一回路系統的設備、管道密封和焊接質量，驗證承壓運行時的密封性和安全性，以保證機組正常運行時的可靠性。

一回路水壓試驗為核電廠建造、調試環節中一個極其重要的節點，在現場實施過程中，涉及面廣、要求高。對其試驗壓力系數的明確過程中，需要從核電廠的設計初衷、采購、建造實施等多個階段的具體情況進行綜合分析，以達到一個可以滿足要求且具備可實施性的方案。

1.1 設計建造規范要求的分析

1.1.1RCC-M 2007規范要求

“華龍一號”機組作為國內自主設計的三代核電機組，在設計和建造規范上延續了法國RCC系列標準，規范對應版本為RCC-M 2007版。RCC-M 2007版中針對規范 1/2級設備的壓力試驗要求體現于B/C5000章節中，該章節中對單項和組合體試驗進行了分類說明，并相關存在著一定的關聯性，如表1所示。

表1 RCC-M 2007中關于規范1、2級設備壓力試驗的主要規定Table 1 Main provisions of hydraulic pressure tests for class1 and 2 equipment in RCC-M 2007

依據表1中B5226的要求，一回路整體水壓試驗的壓力系數選取判定路線可有兩種選項。

1.1.2選取原則一

整體壓力系統不能低于每個組成腔的最高試驗壓力，如果整體組件中任何一個承壓設備超出此準則，該承壓設備壓力就應降低直至符合準則。

各部件設備規格書與水壓試驗技術條件中按照規范要求，對各部件的出廠水壓試驗壓力進行規定（見表2）。

表2 規范1、2級設備單體水壓試驗壓力與倍數Table 2 Pressure and multiple of single hydraulic test for class 1 and 2 equipment

按照選取一的原則，如下所示。

（1）針對表2中序號1～序號11設備的水壓試驗壓力值之中的最小值為：反應堆壓力容器、穩壓器、蒸汽發生器一次側，水壓試驗壓力值為24.6 MPa，試驗壓力系數為1.43倍設計壓力。

（2）針對表2中序號12“除主管道以外的其他規范1、2級管道”，應根據所有管道尺寸、等級、材料計算得出的水壓試驗壓力值之中的最小值的鋼管來進行選取。故按照表3中所有管道尺寸、等級、材料計算得出的水壓試驗壓力值之中的最小值為 022Cr19Ni10奧氏體不銹鋼12寸型號的鋼管，水壓試驗壓力值至少為：27.8 MPa，壓力系數至少為1.63倍設計壓力。

表3 一回路邊界內規范1/2級管道壓力試驗與系數Table 3 Hydraulic pressure test and coefficient analysis for the class 1 and 2 pipeline in the primary circuit boundary

（3） 針對表 2中序號 13其他邊界內的閥門，依據 CP03T3058《RCC-M 規范 1、2、3級和 NC級不銹鋼及碳鋼手動、電動或氣動閥門技術規格書》[8]要求，按照 CP03T3059《核島閥門通用技術條件》[9]規定，對于核級閥門，需按照GB/T 13927—2008《工業閥門壓力試驗》[2]進行出廠水壓試驗。

GB/T 13927—2008《工業閥門壓力試驗》的要求，與RCC-M 2007 B5223中規定一致，要求強度試驗壓力必須至少為1.5倍設計壓力，故“華龍一號”一回路水壓試驗的閥門強度水壓試驗均不小于25.8 MPa，壓力系數均不小于1.5倍設計壓力。

綜合上述分析，結合選取原則一，按照B5226/C5226的規定取組合體所有設備中的最小壓力值，故初步分析認為“華龍一號”一回路水壓試驗壓力系數可選取1.43倍設計壓力，水壓試驗壓力值為24.6 MPa。

1.1.3選取原則二

只要設備項進行了單獨試驗，組件的試驗可在1.3 Pa壓力進行。

針對一回路水壓試驗邊界內的所有管件按照CP03T3017《管道系統用1、2、3級奧氏體不銹鋼無縫管件技術條件》[7]相關技術要求，主要有以下兩種情況。

（1） 若制造的管件選材為無縫鋼管，則應按照CP03T3016《管道系統用1、2、3級奧氏體不銹鋼無縫鋼管技術條件》[6]中的要求，按照表3在管件加工前進行管道的水壓試驗。

（2） 若制造的管件選材為鋼板，則應按照CP03T3034《管道系統用 1、2、3級不銹鋼鋼板技術條件》中的要求執行，因水壓試驗邊界內不采用該型號的管件，故可不做分析。

針對水壓試驗邊界上及邊界內的閥門，按照CP03T3058《RCC-M規范1、2、3級和NC級不銹鋼及碳鋼手動、電動或氣動閥門技術規格書》的要求，已進行過出廠單獨水壓試驗。

針對規范1級主設備，根據表2可知，在出廠之前相關設備已經進行過單獨的水壓試驗。

針對規范1、2級管道及與主管道相連的輔助管道而言，其水壓試驗分為兩個階段。

（1） 采購階段

供貨前按照CP03G4047《RCC-M 1/2/3級奧氏體不銹鋼無縫鋼管采購技術規格書》[5]的要求在制造廠進行了單體水壓試驗，進行水壓試驗采用的標準為GB/T 241—2007《金屬管液壓試驗方法》，屬于設備規格書中的另外說明，滿足RCC-M 2007 B5222的要求，其試驗壓力與管件的設計壓力、設計溫度、試驗溫度等參數沒有關系，其驗證的主要是材料的承壓能力。

（2） 建造階段

根據《管道水壓試驗技術要求》[10]，安裝后管道應分別根據 RCC-M 2007的要求進行水壓試驗，與制造階段時的水壓試驗引用GB/T 241的要求存在一定的不同，其驗證的主要是焊縫的強度和密封性。

建安階段的管道水壓試驗，依據單個系統的管線清單中的水壓試驗系數而定。通過梳理所有單系統管線清單中涉及水壓試驗邊界內的管線，其管線試壓系數均為 1.3倍設計壓力。但現場的施工邏輯是先安裝一回路主管道，再安裝與主管道相連的輔助管道，逐步向外擴展。故存在安注系統、應急硼注入系統、化學和容積控制系統的部分輔助管道不能與主管道有效隔離并單獨實施水壓試驗的情況。

根據表1中B5221中的描述“該項試驗一般應在制造商車間進行，但也可以在建造現場進行，也可以在系統試驗的同時進行。”從規范的角度理解，是允許部分管道與系統試驗時同時進行的。

故初步分析認為“華龍一號”一回路水壓試驗壓力系數也可選取 1.3倍設計壓力，水壓試驗壓力值為22.3 MPa。

1.2 國內標準關于水壓試驗壓力的規定

GB/T 28548—2012《核電廠主回路水壓試驗技術導則》[4]中關于壓力描述中引用 GB/T 16703—1996《壓水堆核電廠核島機械設備設計規范》[1]中的要求。GB/T 16703—1996編制的參考文件為 RCC-M 1983版，與 RCC-M2000 +2002[11]補遺版本中的內容保持一致，規定為：系統水壓試驗時只有當試驗壓力指示達到一回路系統任何部件最高設計壓力為1.33倍，才允許進行輔助管道水壓試驗。

1.3 國內核電機組水壓試驗執行情況

國內主流的商運核電機組均為壓水堆核電技術，且經歷過若干次水壓試驗，具有成熟的工程經驗，其從技術性/可執行性上對于“華龍一號”具有一定的借鑒意義。

表4 國內外核電機組一回路水壓試驗壓力系數Table 4 Hydraulic pressure coefficients of the primary circuit of nuclear power plants at home and abroad

續表

（1） 表4中序號1～6項機組屬于國內二代及二代加標準機組，建造和設計規范均參照RCC-M2000 + RCC-M2002補遺版，水壓試驗壓力系數選取為 1.33倍設計壓力，與 GB/T 16703—1996一致。

（2） 表4中序號7三門核電機組屬于美系AP1000三代全球首堆機組，建造和設計規范參照ASME-Ⅲ2004版，壓力系數按照ASME美系標準，水壓試驗壓力系數選取為1.25倍設計壓力。

（3） 表4中序號8芬蘭0L3機組作為全球首個開工建設的 EPR機組。其依據的規范與M310二代機組一樣，仍為 RCC-M2000 +RCC-M2002補遺版，故水壓試驗系數選定為1.33倍設計壓力。

（4） 表4中序號9臺山核電機組屬于法系EPR三代后來居上的全球首堆機組，建造和設計規范參照RCC-M 2007，水壓試驗壓力系數選取為 1.33倍設計壓力，該系數與 2007版規范中要求存在不一致，查閱相關資料，其主要的選取原因有四點：

1）國外芬蘭OL3機組同為EPR堆型，其建造設計規范為RCC-M 2000版，從堆型角度出發，選取為1.33也可作為后續臺山機組的參考；

2）結合EPR項目評審對話；

3）臺山作為 EPR技術堆型的延續，選取1.33得到了核島設計供貨方AFCEN NP的認可；

4）國內自主研發設計的“華龍一號”機組屬于延續二代加技術的一種漸進型三代機組，參照的建造和設計規范為RCC-M 2007，與臺山EPR機組保持一致。

綜述，“華龍一號”一回路水壓試驗可參考臺山EPR核電機組選取壓力系數為1.33倍設計壓力。

1.4 RCC-M 2007 MS 1094修改單與RCC-M 2007版補遺（addendum 2008）定

針對RCC-M 2007版中，特別是單獨和多種組合材料水壓試驗壓力的規范執行存在較大技術難點，不同的管道根據設計壓力、尺寸、形制等因素存在不同的水壓試驗要求（見表 5）。

表5 RCC-M 2007 MS 1094、RCC-M 2007（addendum 2008）[12]補遺中關于壓力試驗的修訂內容Table 5 Revision of RCC-M 2007 MS 1094[13], RCC-M 2007 (addendum 2008)addendum on hydraulic pressure test

在RCC-M 2007版的2008補遺的用戶須知中特別說明了水壓試驗相關修訂（MS 1094）區分了法規和標準的要求，試驗情況被分成兩類：一類是列在 RCC-M 2007版補遺里B/C/D5000章節中對RCC-M一至三級承壓設備及整體組件的水壓試驗要求；另一類是在附錄ZZ中給出的適用于采用歐洲標準的要求，不適用于國內電廠。

故結合相關規范的要求，“華龍一號”一回路水壓試驗可選取壓力系數不低于1.25倍設計壓力。

2 評價

“華龍一號”作為國內自主研發的三代核電機組，其首次一回路水壓試驗對于后續華龍機組的建設具有極其重要的參考意義。故對于首次一回路水壓試驗壓力系數的明確，必須通過多方面進行衡量與考慮，既要滿足規范的要求，同時也應參考國內其他機組的執行情況，才能選擇合適的壓力系數。

結合本文第 1節分析，從國際規范、國內標準以及參考項目等多方面考慮，整理匯總。“華龍一號”機組一回路水壓試驗壓力系數共有四種方案可供選擇，如表6所示。

表6 “華龍一號”一回路水壓試驗壓力系數的四種可選擇方案Table 6 Four alternative schemes for hydraulic pressure test coefficients in the primary circuit boundary of HPR1000

表6中的四種方案，分別依據了不同規范要求，且也具備一定的工程實踐經驗。下面主要將各方案與“華龍一號”的匹配性進行分析，以最終選取合適的試驗方案。

（1） 方案 1

該方案的選取依據為RCC-M 2007版，結合本文1.1.2節分析。選取方案1從目前“華龍一號”的設備采購的試驗角度是滿足要求的。

但針對方案1中規范的要求，組合體的試驗壓力不得超過材料的許用應力，許用應力引用的章節為ZI。而ZI章節主要為采用歐洲EN標準進行的相關材料選取原則，與國內“華龍一號”的采購材料標準存在不一致。且目前的國內壓水堆商運機組與三代壓力堆核電機組中，并無工程實踐先例可以遵循。

水壓試驗是一種高強度的壓力破壞性試驗，其試驗壓力并不是越高越好。其超壓作用，可能會給設備和系統部件造成一定的損傷，縮短其使用壽命，特別是超壓試驗會引起部件彈性區域的缺陷的擴展。

故從綜上分析，方案1不作為推薦方案。

（2） 方案 2

該方案的選取依據為RCC-M 2007版，只要設備項進行了單獨試驗，組件的試驗可在1.3PS壓力進行。

結合本文1.1.3節分析，現“華龍一號”一回路水壓試驗邊界內的所有設備項（主設備、主管道、輔助管道、閥門等）均在出廠時進行了水壓試驗，且相關的設備項出廠水壓試驗的要求是滿足規范中所規定的原則，故方案 2可作為推薦方案。

（3） 方案 3

該方案依據主要為 RCC-M MS 1094與RCC-M 2008補遺版，上述兩份文件涉及的壓力試驗修訂詳見本文 1.4節的描述，最終選取的原則為不小于1.25倍設計壓力。從規范的角度出發，“華龍一號”在最初的設計/建造過程中，其參考規范版本為2007版，并未考慮到后續發布的上述兩份文件。其中1094文件是作為2007版的修改單發布，從規范文件的版本考慮，可作為2007版規范的一個延續，故方案3可作為參考方案以供選擇。

（4） 方案 4

方案4的制定依據來源主要為國內標準與工程實踐。

從國內標準的角度出發，GB/T 16703[1]為國家推薦標準而非強制性標準，同時該標準編制的參考規范為RCC-M 1983版，與“華龍一號”實際運用規范不一致。

從工程實踐的角度出發，國內二代加壓水堆機組壓力系數選取為 1.33的主要依據為RCC-M2000 + RCC-M2002補遺，也與“華龍一號”的實際運用規范版本不一致。雖臺山EPR機組也選取為1.33，但從本文1.3節分析得知，關于臺山核電選取1.33的四個依據而言，不具備通用的說服力。故方案4不推薦選取。

3 結論

綜上，從“華龍一號”的設計、采購、現場經驗等各方面評估，“華龍一號”一回路水壓試驗壓力系數應選取方案2中的試驗壓力為1.3倍設計壓力，該方案的實施滿足“華龍一號”的設計、建造規范要求，同時也滿足參考方案 3 的要求，對于后續“華龍一號”機組的批量化建設，具有較強的通用性、適用性和可操作性。