核电厂安全壳隔离阀密封性检测与分析
文章结合某核电厂安全壳隔离阀密封性试验，介绍了直接测量法的试验原理、操作方法和验收标准，通过贯穿件隔离阀密封性检测实例对试验的实际操作过程进行了阐述，并对试验结果进行了具体的分析和研究
标签：安全壳；隔离阀；密封性试验
1 概论
某核电厂反应堆安全壳是一座由钢筋混凝土底板、立式预应力混凝土筒壁和准球型预应力混凝土穹顶三部分组成的封闭预应力混凝土结构。
反应堆安全壳是为防止核反应堆在运行或发生事故时放射性物质外逸的密闭容器，也称反应堆保护外壳。
核电站反应堆发生事故时会大量释放放射性物质，安全壳作为最后一道核安全屏障，能防止放射性物质扩散污染周围环境。
同时，也常兼作反应堆厂房的围护结构，保护反应堆设备系统免受外界的不利影响，它是一种体态庞大的特种容器。
安全壳内外系统管道的连通是通过机械贯穿件来实现的，贯穿件套筒按要求有不同的直径和厚度，以适应所连接的设备及由它们所传递的机械载荷，贯穿件的套筒焊在一块较厚的环形板上，该环形板则焊在安全壳的钢衬里上。
机械贯穿件在安全壳内外两侧根据具体情况分别设置隔离阀门，以保证安全壳的密闭性。
安全壳密封性试验的目的是模拟一回路失水事故工况下，验证安全壳的整体密封性。
安全壳密封性试验可以分为A类、B类、C类。
其中A类试验是指安全壳整体的密封性试验，B类试验是指设备闸门、人员闸门、燃料通道和电气贯穿件的密封性试验，C类试验是指安全壳上所有的机械贯穿件试验，即贯件壳内外隔离阀的密封性试验。
一般来说，C类局部密封性试验在每次换料冷停堆时进行，仅有个别十分可靠的机械贯穿件密封性试验每5个换料周期或10个换料周期进行一次。
2 试验原理和方法
直接测量法是安全壳隔离阀密封性试验的一种检测方法，流量补充法和流量收集法，都采用局部加压方式。
试验对象为安全壳内外两侧隔离阀以及位于隔离阀和安全壳之间的支路阀门。
试验时，气源通过局部检漏仪向隔离阀和边界阀门之间的管道内充压，由施加压力的方向与隔离阀在执行安全功能时受压方向相同，压力达到安全壳设计压力并稳定后，在保持压力不变的情况下，局部检漏仪通过向管道内补充的气体流量与压力的关系计算出隔离阀的泄漏率，并在显示屏中直接给出结果，单位为Nm3/h。
流量收集法试验介质一般为水，试验方法相同，采用液态检漏仪加压，可以在试验阀门下游较低点通过容器收集方法确定该阀门的泄漏率。
具体检测方法如下：
一般情况下，对每个隔离阀施加等于安全壳设计压力（Pe=0.42MPa.g）的压差，用下列方法之一来确定其泄漏率。
方法A：流量补充法（如图1）
初始状态：（1）阀门V1、V2、V3被关闭；（2）阀门K1、K2打开；（3）局部檢漏仪连接到阀门K1上。
操作步骤：（1）将V1和V3之间的管线加压到设计压力，阀门K2保持打开状态；（2）保持阀门V1和V3之间压力稳定，测量阀门V1和C1的泄漏率。
方法B：流量收集法（如图2）
初始状态：（1）阀门V1、V2、V3被关闭；（2）阀门K1、K2打开；（3）压力测量仪表及加压装置连接到阀门K1上；（4）流量计或量筒连接到K2上。
操作步骤：（1）将V1和V3之间的管线加压到设计压力，阀门K1保持打开状态保持阀门V1和V3之间压力稳定；（2）测量阀门V1和C1的泄漏率。
3 验收准则
在0.42MPa.g的试验压力下，安全壳贯穿件隔离阀的实测总泄漏率不超过安全壳总允许泄漏率的50%，即16Nm3/h的50%，8Nm3/h。
在0.42MPa.g的试验压力下，阀门泄漏率设计值：
气介质试验：Q≤15.7×10-6Nm3/h/mm阀门公称直径
Q≤19.7×10-6Nm3/h/mm（EBA和ETY阀门）
水介质试验：Q≤0.1×10-6Nm3/h/mm阀门公称直径
在0.42MPa.g的试验压力下，贯穿件的试验准则：
Q≤690×10-6Nm3空气/h/mm贯穿件等效直径
4 试验实例
依据上述方法进行试验，某核电厂82个贯穿件密封性试验已全部完成，贯穿件隔离阀试验结果已全部符合验收标准。
由于涉及贯穿件较多，在此不一一赘述，抽取其中一个贯穿件密封性测量操作实例如下：
上图为PTR（反应堆换料腔和乏燃料水池的冷却和处理）系统213贯穿件简图，各阀门功能如下表所示：
（1）首先采用流量补充法进行测量，关闭试验阀门和边界阀门，打开充压阀门和对空通道，在局部检漏仪和气源准备并连接好后，对试验阀进行分别测量。
由充压阀门后侧法兰或快速接头连接充气管进行试验。
试验结果：经试验，PTR022VB+PTR023VB泄漏率为0.36Nm3/h，不合格；PTR021VB泄漏率为0.06Nm3/h，泄漏率不合格。
分析：试验过程中，将PTR022VB打开，将PTR022VB+ PTR023VB和PTR021VB之间管道充压至设计压力（0.42MPa.g），关闭PTR022VB后进行验证，PTR022VB左右压差应使泄漏率下降，但泄漏率无明显变化，说明壳内边界有泄漏，需重新检查边界后试验。
卸掉PTR022VB+PTR023VB和PTR021VB之间管道压力，检查关紧所有边界阀门后再次试验，内外侧隔离阀泄漏率仍然超标。
PTR022VB+PTR023VB试验过程中，打开PTR021VB，有气体逸出，PTR022VB+PTR023VB泄漏严重，需进行设备维修。
在检测PTR021VB时，使用检漏液检查后侧对空通道PTR901VB处，未有气泡产生，PTR021VB密封性可能良好，泄漏率超标仍然由边界阀门引起。
（2）为剔除边界阀门的泄漏量，使用流量收集法对PTR021VB进行试验，将液态检漏仪和水源与PTR455VB连接，关闭试验阀门和边界阀门，打开对空通道，充入除盐水，压力达到安全壳设计压力并稳定后，在对PTR021VB后较低位的疏水阀PTR901VB处用试管进行收集。
PTR022VB+PTR023VB经维修后，由于边界阀门存在泄漏较大的可能，采用流量收集法进行试验，试验方法如上。
关闭试验阀门和边界阀门，由PTR455VB 后侧快速接头充入除盐水，打开PTR021VB，疏水阀PTR901VB处用试管进行收集。
试验结果：PTR021VB试验结果未收集到水，泄漏率为零，符合验收标准，结果合格。
PTR022VB+ PTR023VB试验结果为0.024×10-6Nm3/h水，符合验收标准，该阀门密封性合格。
对于该贯穿件，根据贯穿件总泄漏率的取值原则，应该取两侧隔离阀中较大的泄漏率值为贯穿件的总泄漏率，则PTR213贯穿件的总泄漏率为0.024×10-3NmE/h水，即0.384×10-3Nm3/h气，该贯穿件等效直径为300mm，根据前述贯穿件验收准则，贯穿件密封性合格。
5 结束语
直接测量法中的流量补充法由于其在实际操作中简单快速，在核电厂安全壳隔离阀密封性试验中得到了广泛的运用，在边界阀门泄漏量不能确定的情况下，可灵活运用水介质的流量收集法进行测量，可以摒除边界阀门泄漏量的干扰。
在试验中，可以对阀门两侧进行充压，以验证边界阀门是否泄漏。
此次试验是某核电厂某机组役前安全壳密封性试验的一部分，通过本次试验，验证了安全壳隔离
阀的密封性符合国家验收标准，对整个核电调试工作具有重大的意义。
参考文献
[1]中国核电工程有限公司.安全壳隔离阀密封性试验导则，2011.
[2]国家能源局.NB/T20018-2010核电厂安全壳密封性试验，2010.
朱峰，男，中国核电工程有限公司调试中心，工程师，硕士，河南郑州人。