首台AP1000高压氢气升压站气压试验方案及风险分析

摘要：三门核电是国内外核电厂中首个建设40MPa以上的氢气升压站，对于标准、规范、试验项目等均存在一定的挑战性。文章介绍了首台AP1000核电站高压氢气升压站系统，针对40MPa以上的高压系统提出了压力试验、气密性试验、泄漏率试验方案，分析了潜在的风险，并提出了相应的防范措施。

关键词：AP1000；高压；压力试验；气密性试验；泄漏率试验；风险分析 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2015）24-0024-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.24.012

AP1000出于简化设计、减少设备的目的，将CVS（化学和容积控制系统）采用高压加氢技术，在电厂正常运行期间，直接向一回路注入20.68MPa以上的高压氢气，以抑制水的辐照分解，减少腐蚀产物和活化产物，降低核电厂的辐照剂量。AP1000标准设计中采用高压氢气瓶供给氢气，气瓶容积37.4L，设计压力为41.4MPa。由于国内市场上无法直接采购到41.4MPa的高压氢气，经设计院评估，三门核电额外增加一个高压氢气升压站，为六台机组提供高压氢气。

对于西屋设计的41.4MPa氢气，国内没有可以依据的标准、规范存在一定的滞后和混乱性。三门核电也是国内外核电厂中首个建设40MPa以上的氢气升压站，对于标准、规范、试验项目等均存在一定的挑战性。

1 系统概况

三门核电的高压氢气升压站为海德利森专用固定式氢气增压站系统，采用1.0～20MPa储气瓶中的氢气作为被压缩介质，使用低压压缩空气作为增压机动力源，把氢气增压至41.4MPa，经过高压汇流排对高压氢气瓶进行灌充，灌充完成后运至厂内高压储氢站，供高压氢气用户使用。

本台氢气增压系统为一套独立运行的系统，由对氢气增压、氢安全监控报警、系统自动监视控制等子系统组成，能够具有41.4MPa储氢瓶充装的加注能力。系统配六台独立气动氢增压泵并联设计，三台平均流量即可达到正常流量要求，可互为备份，当某个增压缸出现问题，可切换至备用增压缸运行，确保充装工作可靠性。汇流排为高压设计，采用SS316不锈钢材料，设计压力70MPa。同时可充10个瓶，分两组，可同时操作，也可分别操作，增加充装灵活性。

图1 高压氢气升压站流程简图

2 试验前准备

2.1 先决条件

流程图检查、机械检查、仪控检查、电气检查、AOV检查、PLC逻辑检查等设备单体试验均已完成，未处理完的设备缺陷不影响本试验进行。

2.2 试验方案的确定

（1）压力试验边界的确定，验证从升压泵出口经汇流排到高压氢气瓶之间的系统完整性；（2）升压设备的确定，利用设备自带的升压泵进行增压试验，同时可以验证泵的性能；（3）升压台阶等级的确定，将试验压力分为21MPa、25.5MPa、30MPa、34.5MPa、39MPa、43.5MPa六个台阶，每个台阶保压30min，合格后继续进行下一个台阶。

2.3 材料准备及临措

（1）15MPa氮气瓶组件，13MPa氦气瓶组件，检漏液；（2）向氢气升压站系统供应氮气和氦气的临时措施已完成；（3）10支高压氢气瓶与系统连接已完成，且瓶阀已打开。

2.4 安全措施

（1）试验过程中由工作负责人统一指挥，协调行动，确保安全试验；（2）设备本体超压双重保护措施：首先，增压泵超压会自动停机；其次，当压力设定失效，增压泵不停机时，系统自身内置安全阀自动开启卸压，避免超压，安全阀起跳和自恢复动作要灵活，安全阀须在标定有效期，按设计压力的1.05倍标定，试验过程中应严格控制系统压力不超过安全阀动作压力（即43.5MPa）；（3）进入现场必须穿戴好安全帽、护目镜、防砸鞋等防护用品，管线发生泄漏时严禁带压紧固和锤击敲打，在对设备进行检查和检验时，不要过分用力；（4）确保安全的工作环境已建立，试验区域周围拉上警戒线、设置醒目的警示标识并有专人负责安全，防止非工作人员误入试验区域；（5）系统充氦气和氮气后，应加强工作区域氧气浓度检测，防止出现窒息事件；（6）在检查过程中，相关人员须遵守相关的安全规程，遵循设备试验程序的相关注意事项，防止事故发生。

3 试验过程

3.1 检查阀门

对阀门进行在线检查，确认阀门的开关状态。

3.2 向系统内注入氮气

（1）将氮气瓶组件连接到临措口，打开氮气瓶组件出口阀；（2）缓慢打开进气阀门，待氢气升压泵出口母管压力变送器示数上升到10MPa时，关闭进气阀门，保压10分钟，观察是否有压力下降，同时用检漏液对焊缝和连接处进行检查，如找到泄漏点，则缓慢打开泄压阀门，卸去系统压力，对泄漏点进行处理；如未找到泄漏点，则继续试验；（3）缓慢打开进气阀门，使氢气升压站系统内压力与氮气瓶组件压力平衡，观察氢气升压泵出口母管压力变送器示数，记录压力示数，保压10分钟，同上检查方法，如未找到泄漏点，则继续

试验。

3.3 氢气升压泵的初次启动

（1）按通用调试程序，对六台氢气升压泵进行运行前检查；（2）依次点动六台氢气升压泵，观察泵是否运行顺畅、无卡涩。

3.4 压力试验过程

（1）就地启动升压泵MP-51，使系统升压，待氢气升压泵出口母管压力变送器示数上升至21MPa时，就地停运升压泵MP-51，保压30分钟后，压力趋于稳定后读取压力表示数，观察是否有压力降，同时用检漏液对焊缝和连接处进行检查，如找到泄漏点，则缓慢打开泄压阀门，卸去系统压力，对泄漏点进行处理；如未找到泄漏点，则继续试验，记录氢气升压泵相关运行参数。（2）同上检验方法，继续升压至25.5MPa、30MPa、34.5MPa、39MPa、43.5MPa，试验完成后缓慢打开泄压阀门，使系统降压，待氢气升压泵出口母管压力变送器示数下降至21MPa时，缓慢关闭泄压阀门。按上述方法分别单独启动另外五台升压泵MP-52～MP56进行压力试验。试验结束后，缓慢关闭进气阀门，缓慢打开泄压阀门使系统降压，待氢气升压泵出口母管压力变送器示数下降至0MPa时，缓慢关闭泄压阀门，卸下氮气瓶组件。

3.5 气密性试验过程（第一阶段）

（1）将氦气瓶组件连接到临措口，打开氦气瓶组件出口阀；（2）缓慢打开进气阀门，待氢气升压泵出口母管压力变送器示数上升到2.5MPa时，关闭阀门进气阀门，保压30分钟后，压力趋于稳定后读取压力表示数，用检漏液对焊缝和连接处进行检查，如找到泄漏点，则缓慢打开泄压阀门，卸去系统压力，对泄漏点进行处理，如未找到泄漏点则继续试验；（3）关闭氦气瓶组件出口阀，卸下氦气瓶组件，将氮气瓶组件连接到临措口，打开氮气瓶组件出口阀；（4）缓慢打开进气阀门，待氢气升压泵出口母管压力变送器示数上升到10MPa时，关闭进气阀门，保压30分钟后，同上检查方法，如未找到泄漏点，则继续试验；（5）缓慢打开进气阀门，使氢气升压站系统内压力与氮气瓶组件压力平衡，观察氢气升压泵出口母管压力变送器示数，记录压力示数，保压30分钟后，同上检查方法，如未找到泄漏点，则继续试验；（6）就地同时启动六台升压泵，使系统升压，待氢气升压泵出口母管压力变送器示数上升至41.4MPa时，就地同时停运这六台升压泵，并用检漏液对焊缝和连接处进行检查，如找到泄漏点，则缓慢打开泄压阀门，卸去系统压力，对泄漏点进行处理；如未找到泄漏点，应继续保压不少于30分钟，无压力降则开始进行泄漏量试验。

3.6 泄漏量试验过程

使系统压力达到设计压力，观察氢气升压泵出口母管压力变送器示数为41.4MPa时，保压24小时，平均每小时的泄漏率小于0.5%时判定为合格，记录试验开始和结束时的系统压力和温度，计算系统平均每小时的泄

漏率。

3.7 气密性试验（第二阶段）

（1）关闭进气阀门，缓慢打开泄压阀门，卸去系统压力，系统压力降至0MPa，关闭泄压阀门；（2）缓慢打开进气阀门，使系统升压，待氢气升压泵出口母管压力变送器示数上升至2MPa时，关闭进气阀门，使用检漏液对焊缝和连接处进行检查，以无泄漏为合格。如找到泄漏点，则缓慢打开泄压阀门，卸去系统压力，对泄漏点进行处理；如未找到泄漏点，应继续保压不少于30分钟，无压力降。

3.8 系统恢复

缓慢打开泄压阀门，使系统降压，待氢气升压泵出口母管压力变送器示数下降至0.1MPa时，关闭泄压阀门；拆除设备临措和恢复阀门状态。

4 风险分析

40MPa以上的气压试验是一项很具有危险性的试验，风险主要来自于人身安全和系统部件安全，试验前应对试验中可能存在的风险进行识别和评估，做好相应的防范措施，确保试验顺利进行。

4.1 加压管线泄漏伤人

防范措施：试验前检查厂家提供的管道焊后PT检验记录，试压前对管线及汇流排软管和气瓶连接处进行检查，确保完好。

4.2 违章作业

防范措施：对工作组成员进行严格的试压前试验方案交底，安全交底，禁止带压修理，引起人员伤害，同时加强试验过程的人员安全检查监督。

4.3 机具风险

工机具及度量仪表使用中出现故障试验失败。

防范措施：做好应急预案准备，对可能出现的设备损坏要保证库存。

4.4 过程风险

压力上不去，试验失败。

防范措施：确保氮气供应充足且在1MPa以上，阀门的设备状态正常。

4.5 压力风险

升降压太快，引起系统内压力不平衡，损坏系统

部件。

防范措施：严格按照升压平台进行分台阶升压及缓慢泄压。

4.6 时间风险

增压设备长时间工作故障，造成系统在较高压力下长时间等待。

防范措施：试验前对加压设备全面认真检查，试验过程中安排专人加强检查。

5 结语

三门核电作为国内重点发展的三代核电首个自主化依托项目，40MPa以上压力的氢气升压站是核电厂重大危险源之一，本方案利用氮气和氦气作为试验用气，分台阶进行压力试验，分阶段进行气密性试验，确保试验的安全性和可靠性，也验证了升压泵的性能；分析了试验过程中可能存在的风险并提出防范措施，为后续众多规划建设中的AP1000项目具有一定的借鉴价值。

参考文献

[1] 顾军.AP1000核电厂系统与设备[M].北京：原子能出版社，2010.

作者简介：谢建江（1986-），男，浙江台州人，三门核电有限公司助理工程师，研究生，研究方向：核电厂气体系统。

（责任编辑：周 琼）