AP1000核电厂蒸汽发生器二次侧水压试验升压系统设计
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摘 要：本文针对AP1000核电厂蒸汽发生器二次侧水压试验，设计完成一套升压装置，并对升压装置的现场应用效果进行描述。此升压系统的设计，解决了AP1000核电厂调试期升压试验过程中的升压问题，并对此升压系统的应用前景进行介绍。
关键词：AP1000；水压试验；升压系统
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.161
1 引言
在AP1000机组调试过程中，“蒸汽发生器二次侧水压试验”是系统调试过程中的重要里程碑节点，是AP1000机组后续调试试验开展的基础，目的是检验蒸发器发生系统及其相连管道的密封性、检验管线部件和机械连接点的承压强度。同时，AP1000要求“蒸汽发生器二次侧水压试验”在寿期内超过系统设计压力的次数不能超过10次。因此，升压装置的可靠性将成为决定试验成败的关键因素。
本文针对蒸汽发生器二次侧水压试验设计并形成一套升压系统，并对此升压系统的工程应用普遍性进行了简要阐述。
2 设计背景
蒸汽发生器二次侧水压试验需要分7个平台升压并达到11MPa的高压，由于AP1000三代核电采用了非能动的设计理念，相比其他型号的核电机组精减了大量的能动系统和冗余设备，因此AP1000三代核电针对蒸汽发生器二次侧水压试验和其他系统水压试验并未设置专门的水压试验用升压装置[1]。为解决此类问题，需要设计一套专门的水压试验用升压系统。
此外，在蒸汽发生器二次侧水压试验的最高压力平台，要求压力保持的稳定性较高，一旦低于范围下限值，则意味着水压试验失败，如果高于范围上限值，则计入寿期内超压次数，此特点则要求升压装置具备高精度调节能力。
整套升压系统要便于组装和现场移动，升压泵出口下游所有设备均要求能够承受30MPa以上的高压。
3 升压系统设计
AP1000水压试验升压装置的设计采用模块化理念[2]，并依据设备在系统中的功能进行分类，系统共分为五个功能模块：水源模块、升压模块、调压模块，管道模块，数据采集模块。系统简图详见图1。
3.1 水源模块设计
为保证升压过程中的供水稳定，在供水水源的设计上采用主水源和备用水源冗余设计的理念。
同时考虑水源的多样性，使用非能动水源作为主要水源，能动水源作为备用水源，使升压装置供水更为可靠。主水源取自电厂除盐水储存箱（净容积约400m3并带有液位和温度仪表），通过重力自流进行补水。备用水源引自备用水储存箱，通过潜水泵进行补水。
水源与升压装置间采用消防软管进行连接，由于此部分并不承受高压，消防软管更为易得并且方便连接和现场排布。
3.2 升压模块
3.2.1 升压装置选定要求
（1）升压装置必须满足水压试验所要求的升压速率，即0.7MPa/Min。
（2）升压泵必须具备小流量、高压力的特点。
（3）由于重新采购升压用泵需要较长的周期；仅利用现场已有条件进行升压模块的组装和设计。
（4）升压装置可提供30MPa以上的压力，并且运行稳定可靠，控制精准，便于现场运输和组装，具备较强的现场适应能力。
（5）操作简单易于人员培训。
3.2.2 升压模块的组成
根据3.2.1节的要求，升压模块一运一备，两套并联使用，每套主要由供水储存箱、输水泵、柱塞升压泵、静音空压机、轴承油冷却器、安全爆破膜片、一次气动调压阀等几个重要部分组成，每套升压模块的出口管线均设置一个逆止阀（TV01和TV02）以防止高压水倒流。
其中，供水储存箱接收供水模块的供水，起到水源暂存和缓冲的作用；输水泵将供水储存箱中的水输送到柱塞升压泵腔室中进行升压后输出；静音空压机为柱塞升压泵提供气源动力；安全爆破膜片安装在柱塞泵的出口，以防由于柱塞泵故障造成的出口超压；同时，该模块设置了一次气动调压阀和相应回流管线，此调压阀可对设备出口压力进行初步调节。
主要升压设备高压柱塞泵具备高压力、低流量的特性，表1为高压柱塞泵的参数介绍。
在现场使用的过程中，存在由于升压模块连续长时间运转，高压柱塞泵及其电机温度过高的问题。为解决此问题，现场还加装了临时鼓风机，运用强迫空气对流的方式为高压柱塞泵及其电机进行降温，达到了良好效果。
3.3 调压模块
蒸汽发生器二次侧水压试验对升压速率的要求为不超过0.7MPa/min，为了精确控制升压速率，以及在各压力平台进行稳压操作的同时不至使升压模块停止运行，升压系统设置了二次调压模块。
调压模块（示意图详见图2）的核心设备为一个三通调节阀[3]，其旁路排水管线为直径DN100的消防软管。为使三通调节阀具有良好的调节曲线，设计上考虑尽量减少调节阀旁路管线的背压，因此在旁路管线的组装过程中一定注意管道的排布，应做到通畅无阻塞。在现场实践应用的过程中，发现此种考虑确实可以令升压速率平稳并符合限值要求。
3.4 管道模块设计
在调压模块及被打压系统之间设有一个逆止阀（TV09），防止在水压试验期间高压水回流造成非预期泄压。逆止阀下游安全阀（TV04）的作用是根据ASME规范要求，为防止被打压系统非预期超压而设置。隔离阀（TV05）起到隔离被打压系统的作用，如升压系统需要进行紧急检修，则须先将隔离阀（TV05）进行隔离。的作用。支路管道上的两个串联隔离阀（TV06、TV07）用作临时压力传感器安装用的仪表根阀，其下游隔离阀（TV08）则用作压力传感器的排气阀。
3.5 数据采集模块设计
为了在水压试验期间能够连续监测系统压力，绘制系统水压试验压力曲线，为后续的设计提供基础数据，升压装置采用了压力数据采集模块（图3）。 数据采集模块采用GRAPHTEC多通道高速无纸记录仪作为现场仪表测量数据采集的主设备，具有测量通道实时数据显示、趋势显示和记录、报警显示和输出、历史数据存储和检索、以及通过以太网与上位机联网进行远程数据读取和参数配置等功能。单台主机最大通道数为112通道，最多可扩展到10台主机1120通道。按照 AP1000核电厂蒸汽发生器二次侧水压试验监测数据要求，配置为100Mbps快速以太网，并将数据采集记录仪的信息同时在 3个监测点进行共享，每个监测点通过 VGA延长器的网络共享主站实时显示的信息。
4 结语
本系统已成功应用于海阳AP1000核电1号机组的蒸汽发生器二次侧水压试验，在调试期现场应用过程中所产生如下良好实践效果：
（1）此升压装置从设计到现场安装完成并具备投入条件，共历时一周，所设计系统由于引入模块化理念，组装方便，节省工期。（2）由于所有系统组成部分均为调试现场已有设备装置和耗材，无需重新采购，既节省了试验工期，又节省了相关采购费用。（3）装置简单容易操作，可靠性高。（4）数据采集系统做到了信息数据多点同步，使得系统升压速率和压力值可直接反馈至升压操作员，便于操作员第一时间得知系统升压状况，操作精度高，便于应急响应。（5）经过现场的实践评估，本系统可重复使用，并应用于各类水压试验，便于非能动压水堆AP1000后续机组使用。
AP1000核电厂蒸汽发生器二次侧水压试验升压系统从根本上解决了AP1000电厂调试期的水系统升压问题，此系统可根据不同的试验方案进行装置的灵活配置，并可重复使用。
此水压试验升压系统还可推广应用于海阳核电项目“一回路冷态水压试验”以及后续扩建工程的相关水压试验，并可在所有AP1000电厂进行推广。海阳核电项目作为AP1000世界首批三代核电项目，本设计在海阳机组的成功实施，对今后所有AP1000电厂的临时升压系统设计具有指导意义。
参考文献：
[1]林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000（2008）[K].
[2]李永辉，孙炳禹.AP1000机组模块化施工简介（2011）[K].
[3]张志贤.阀门技术资料手册（2013）[K].
作者简介：崔阔（1987-），男，山东人，助理工程师，研究方向：核工程与核技术。
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