張 華

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，上海200233)

反應(yīng)堆壓力容器(RV)堆頂排氣管在正常工況下執(zhí)行反應(yīng)堆的充水排氣功能，并在事故工況下執(zhí)行應(yīng)急下泄/排氣的安全相關(guān)功能。堆頂排氣管流道試驗(yàn)的主要目的是驗(yàn)證堆頂排氣管的流動(dòng)阻力(簡(jiǎn)稱流阻)大小，確認(rèn)其排放能力滿足設(shè)計(jì)要求。AP1000依托項(xiàng)目某機(jī)組堆頂排氣管流道試驗(yàn)中，按照試驗(yàn)流程獲取相關(guān)數(shù)據(jù)后，經(jīng)計(jì)算得到流阻大于設(shè)計(jì)要求。本文主要對(duì)該機(jī)組堆頂排氣管流阻偏大問題的分析及處理過程進(jìn)行了總結(jié)，并作了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)反饋。

1 系統(tǒng)及試驗(yàn)概述

堆頂排氣管主要由兩段構(gòu)成：一段管線從反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的頂部引出，主要布置在反應(yīng)堆壓力容器一體化頂蓋(IHP)上，隨著一體化頂蓋整體移動(dòng)；另一段固定布置在靠近蒸汽發(fā)生器(SG)A側(cè)隔間的墻體上，管線上有4個(gè)用于控制頂蓋排氣的電磁閥，并按A/C、B/D分兩列并聯(lián)布置，管線末端去往安全殼內(nèi)置換料水箱(IRWST)。當(dāng)一體化頂蓋在反應(yīng)堆壓力容器上安裝就位后，兩段管線經(jīng)跨接短管連接在一起。堆頂排氣管主要組成及布置情況如圖1所示。

堆頂排氣管流道試驗(yàn)需要一回路在帶壓狀態(tài)，通常在一回路水壓試驗(yàn)前執(zhí)行。試驗(yàn)前，在堆頂排氣管末端安裝臨時(shí)壓力表用于測(cè)量出口壓力，在堆頂排氣管適當(dāng)位置安裝臨時(shí)超聲波流量計(jì)用于測(cè)量流量，監(jiān)測(cè)一回路壓力作為堆頂排氣管入口壓力。在一回路水實(shí)體帶壓狀態(tài)下，通過打開堆頂排氣隔離閥A/C(或B/D)，建立從RV頂蓋去往IRWST的流道，待流量穩(wěn)定后，監(jiān)測(cè)并記錄堆頂排氣管的出、入口壓力和流量，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出堆頂排氣管的流阻。

AP1000依托項(xiàng)目某機(jī)組堆頂排氣管流道試驗(yàn)中，測(cè)得通過A/C列流阻約為5.6 m/(m3/h)2，通過B/D列流阻約為5.2 m/(m3/h)2，均大于驗(yàn)收準(zhǔn)則流阻不大于3.82 m/(m3/h)2的要求。

圖1 堆頂排氣管流道試驗(yàn)示意圖Fig.1 Diagram of reactor vessel head vent line flow resistance flow resistance test

2 分析及處理過程

2.1 系統(tǒng)安裝及臨措檢查

按照先易后難的原則，調(diào)試人員首先對(duì)系統(tǒng)安裝及臨措進(jìn)行了排查。

(1)檢查儀表：對(duì)試驗(yàn)相關(guān)的所有壓力表和流量計(jì)進(jìn)行了排查，確認(rèn)儀器、儀表均無異常，收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可信。

(2)檢查限流孔板：對(duì)兩個(gè)限流孔板的型號(hào)、安裝方向、墊片尺寸以及安裝對(duì)中情況等逐一進(jìn)行了檢查，確認(rèn)孔板及墊片與設(shè)計(jì)一致，安裝正確。

(3)檢查電磁閥：對(duì)四個(gè)堆頂排氣隔離電磁閥檢查，確認(rèn)電磁閥動(dòng)作靈活，開、關(guān)位置正常。

(4)檢查跨接短管：檢查跨接短管法蘭安裝對(duì)中情況，并拆卸抽真空短管檢查墊片尺寸型號(hào)及短管內(nèi)徑尺寸。經(jīng)檢查，短管對(duì)中安裝正確，管道內(nèi)徑和墊片尺寸均正常，對(duì)流道無影響。

(5)檢查焊縫余高：拆除抽真空短管時(shí)，從法蘭口目測(cè)發(fā)現(xiàn)焊縫余高凸起明顯，最大焊縫余高凸起估測(cè)約為2.6 mm。經(jīng)查閱ASME設(shè)計(jì)規(guī)范，該焊縫余高在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)人員評(píng)估后也確認(rèn)對(duì)流道影響不大。進(jìn)一步查閱相關(guān)施工質(zhì)量記錄文件，確認(rèn)所有焊縫均滿足規(guī)范要求。

(6)檢查管道壁厚：使用測(cè)厚儀對(duì)堆頂排氣管所有管道壁厚進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示管道壁厚均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。同時(shí)，對(duì)相鄰機(jī)組的壁厚也進(jìn)行了測(cè)量，對(duì)比顯示二者相同位置的壁厚基本一致。

以上檢查均未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致流阻偏大的原因。

2.2 分段流道試驗(yàn)排查

為縮小排查范圍，調(diào)試人員采用了分段流道試驗(yàn)的方法，以確定導(dǎo)致流阻偏大的管段，便于開展更有針對(duì)性的排查。根據(jù)堆頂排氣管的組成和布置特點(diǎn)，將堆頂排氣管分成跨接短管至IRWST管段和跨接短管至RV頂蓋管段分別進(jìn)行流道試驗(yàn)。

(1)跨接短管至IRWST管段流道試驗(yàn)

如圖2所示，在與跨接短管對(duì)接的法蘭處安裝帶有臨時(shí)壓力表的臨時(shí)裝置，使用臨時(shí)軟管將殼內(nèi)除鹽水從臨時(shí)裝置接口處引入，建立去往IRWST方向的堆頂排氣管段流道，測(cè)量并記錄測(cè)量出、入口壓力及流量。

圖2 跨接短管至IRWST管段流道試驗(yàn)示意圖Fig.2 Flow test diagram from jumper pipe to IRWST

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到通過AC列和BD列的流阻分別為1.64 m/(m3/h)2和0.96 m/(m3/h)2，與兩列各自的理論設(shè)計(jì)流阻值基本吻合，因此初步排除該段管線對(duì)總體流阻的影響。

(2)跨接短管至RV頂蓋管段流道試驗(yàn)。

如圖3所示，在與跨接短管對(duì)接的法蘭處安裝帶有臨時(shí)壓力表的臨時(shí)裝置，使用臨時(shí)軟管將除鹽水從臨時(shí)裝置接口處引入，建立從跨接短管端去往RV頂蓋的堆頂排氣管流道，該流道的流向與正常流向相反。試驗(yàn)在RV開蓋后一體化頂蓋置于存放架時(shí)執(zhí)行，為避免跑水，試驗(yàn)時(shí)在RV頂蓋內(nèi)出水口下方放置臨時(shí)水桶，并在桶內(nèi)安裝臨時(shí)潛水泵將水及時(shí)排出。

圖3 跨接短管至RV頂蓋管段流道試驗(yàn)示意圖Fig.3 Flow test diagram from jumper pipe to RV head

試驗(yàn)初期流量在2.1 m3/h左右，進(jìn)行約4 min后流量突然增大并穩(wěn)定在6.1 m3/h。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，最初流量在2.1 m3/h時(shí)的流阻為4.4 m/(m3/h)2左右，遠(yuǎn)大于該段管線的理論設(shè)計(jì)值，流量增大至6.1 m3/h后的流阻值為0.62 m/(m3/h)2，與該段管線的理論設(shè)計(jì)值基本一致。

綜合分析分段流道試驗(yàn)情況，基本可以判定導(dǎo)致堆頂排氣管流阻偏大的主要問題在跨接短管至RV頂蓋管段。進(jìn)一步分析跨接短管至RV頂蓋管段流道試驗(yàn)過程和結(jié)果，可以推測(cè)為異物卡在管道內(nèi)導(dǎo)致流阻偏大，在分段流道試驗(yàn)中經(jīng)反向水流沖擊后，卡在管內(nèi)的異物被沖出或改變方位，從而不再影響流阻。

由于異物的形狀、大小、材質(zhì)等特性均未知，試驗(yàn)后也未在臨時(shí)桶內(nèi)發(fā)現(xiàn)任何可疑物體，因此，異物既可能已沖出并被排水泵抽走，也可能仍滯留在管道內(nèi)，只是改變了方位。如果異物只是改變方位并滯留在管道內(nèi)，不僅會(huì)影響后續(xù)試驗(yàn)，也將對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成嚴(yán)重的安全隱患，因此，必須繼續(xù)對(duì)跨接短管至RV頂蓋管段進(jìn)行徹底的排查，以消除隱患。

2.3 跨接短管至RV頂蓋管段異物排查

跨接短管至RV頂蓋的堆頂排氣管均布置在一體化頂蓋上，管線總長(zhǎng)約為11 m，管徑均為1英寸，全程共10個(gè)彎頭，管線布置情況如圖4所示。由于管道細(xì)長(zhǎng)，只能選用內(nèi)窺鏡對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行目視檢查。但因管徑小、彎頭多，受內(nèi)窺鏡插入管柔性限制，無論從上部法蘭口插入還是下部RV頂蓋內(nèi)插入，內(nèi)窺鏡探頭最多只能自然推進(jìn)到第三個(gè)彎頭附近，中間的大部分管道無法觀測(cè)到。

圖4 跨接短管至RV頂蓋管道布置圖Fig.4 Pipe layout diagram from Jumper pipe to RV Head

為解決內(nèi)窺鏡探頭無法深入管內(nèi)的問題，調(diào)試人員創(chuàng)造性的使用了壓空吹動(dòng)小球穿繩的方法。如圖5所示，將細(xì)繩一端系在小球上，使用壓縮空氣吹動(dòng)小球帶著細(xì)繩從上部法蘭穿過堆頂排氣管，然后用細(xì)繩捆住內(nèi)窺鏡探頭，通過回拉細(xì)繩牽引內(nèi)窺鏡探頭緩慢通過管道和彎頭，從而克服內(nèi)窺鏡插入管柔軟無法連續(xù)通過多個(gè)彎頭的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)頂蓋側(cè)堆頂排氣管段的內(nèi)部檢查。

圖5 壓空吹動(dòng)小球帶繩穿管示意圖Fig.5 Diagram of the ball passing through the pipe

但該方法也存在一定風(fēng)險(xiǎn)，主要是細(xì)繩牽引內(nèi)窺鏡時(shí)，如果用力過大，可能導(dǎo)致內(nèi)窺鏡探頭斷裂并卡在管內(nèi)成為新的異物。為降低風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)試人員按照與堆頂排氣管完全相同的管道材質(zhì)、管徑大小、施工工藝以及布置方式，以1∶1的比例制作了一段臨時(shí)管道。通過在臨時(shí)管道上反復(fù)測(cè)試和演練，確認(rèn)該方法具備可行性和安全性。

按此方法，調(diào)試人員順利使用內(nèi)窺鏡完成了管道內(nèi)部檢查，確認(rèn)管道內(nèi)已無異物。

3 結(jié)論與總結(jié)

經(jīng)過排查與分析，最終確認(rèn)導(dǎo)致堆頂排氣管流道試驗(yàn)中流阻偏大的主要原因是跨接短管至RV頂蓋管段內(nèi)存在異物，且異物在分段流道試驗(yàn)排查過程中已被反向水流沖出。

在分析處理過程中，調(diào)試人員按照先易后難、縮小范圍、集中排查的思路，采取了一系列行之有效的辦法，提高了排查效率。部分思路和方法在處理類似問題時(shí)可作為借鑒使用：

(1)在初步檢查未找到導(dǎo)致流阻偏大的問題根源后，采取分段流道試驗(yàn)的方法，確定了存在問題的管段，從而縮小了排查的范圍，便于后續(xù)采取更有針對(duì)性的排查措施。

(2)在無法直接使用內(nèi)窺鏡對(duì)管徑小、彎頭多的堆頂排氣管內(nèi)部全程進(jìn)行異物檢查后，采用壓空吹動(dòng)小球帶著細(xì)繩穿過管線的方法，再使用細(xì)繩牽引內(nèi)窺鏡探頭完成了對(duì)整個(gè)管線的檢查。

(3)充分考慮使用細(xì)繩牽引內(nèi)窺鏡探頭穿過細(xì)管和彎頭時(shí)探頭可能斷裂并卡在堆頂排氣管內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)，通過制作與正式管線完全相同的臨時(shí)管線對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，確保了內(nèi)窺鏡檢查的可行性和安全性。