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AP1000核电站压力变送器毛细管压力试验及清洁探索

作时间:2018-08-11  来源:中国核工业第五建设有限公司三门核电工程施工总承包部  作者:姜礼华
   

 摘要:三门核电一期工程采用AP1000核电技术,仪表是控制和检测机组运行的重要设备之一,其中核级仪表———带毛细管压力变送器用于检测反应堆厂房屏蔽墙内外气压,安装要求较高,需要对毛细管进行现场焊接,安装完成后通过压力试验、氦检漏试验来检测毛细管密封性,且氦气泄漏率小于等于10-8cc/sec,这是整个仪表安装过程中的难点。本文主要阐述仪表毛细管压力试验、氦检漏试验、毛细管内部清洁的过程和方法。zae压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

 
引言
AP1000核电站反应堆厂房屏蔽墙是核电安全的主要堡垒,任何微小的泄露都会造成安全隐患,所以屏蔽墙的整体气密性试验至关重要,其中毛细管压力变送器就是用于检测反应堆厂房屏蔽墙内外压差的仪表设备。由于毛细管需要穿过屏蔽墙,整条管线上存在多处焊口,需要对毛细管进行压力试验、氦检漏试验,毛细管清洁来验证是否满足设计要求,达到设计密封性。本文主要对毛细管试验及清洁施工过程中遇到的问题及解决方案进行讨论。
 
1概述
AP1000核电站仪表设备是整个系统中重要的组成部分,带毛细管压力变送器位于反应堆厂房外侧,通过毛细管贯穿到反应堆厂房屏蔽墙内连接远传膜片。仪表设备位于核岛屏蔽墙外侧及环廊,远传膜片则位于核岛反应堆厂房内,毛细管从屏蔽墙外贯穿屏蔽墙至核岛内将仪表设备与远传膜片连接,毛细管连接完成后对毛细管进行压力试验及毛细管管路内部进行清洁工作,对此施工有以下难点:
 
①压力试验及氦检漏试验时,需要在远传膜片两端压力输入孔同时加压或减压,并控制两端压力不超过5psig(34.5kPa),如不能保证同时加压或减压,会造成远传膜片内隔膜损坏,且不可修复;
②控制气瓶输入的气体压力值;
③氦检漏试验中氦气量小于等于10-8cc/sec,由于空气中含有微量的氦气,会对检测数据造成影响。
 
本文主要通过对毛细管安装后的压力试验及其清洁工作方法进行讨论,提供一套经过理论计算和现场认证的毛细管压力试验及清洁的方法。
 
2、毛细管压力变送器整体安装方式简介
2.1变送器安装
压力变送器的安装主要根据仪表定位图进行定位,设备的形式如图1所示。
毛细管压力变送器安装图.jpg
通常的带毛细管仪表设备,在出厂时已经做好毛细管的连接以及密封性试验,而对于此部分变送器根据其特殊性采取现场连接毛细管。
 
2.2远传膜片安装
远传膜片位于反应堆厂房屏蔽墙内侧,膜片与支架间通过螺栓固定。安装过程中尽量保证一次完成,对于螺栓的紧固也有要求,要以对角紧固的方式来打力矩,以免压力集中在一处造成垫片的损坏,以至于影响密封效果。
 
2.3毛细管安装
根据管线图中毛细管路径进行敷设,毛细管连接件与屏蔽墙贯穿件焊接时应保证连接件漏出贯穿件外25.4mm。
 
3毛细管压力试验、氦检漏试验
毛细管压力试验及氦检漏试验时,需要通过远传膜片两端压力输入孔进气试验,过程中需要保持膜片两面承受的压力差小于34.5kPa,由于气瓶压力较难控制在这个范围内,所以制作如下压力控制系统来避免压力值超标,见图2。
压力试验、氦检漏试验原理图
在试压装置中设置缓冲罐,并设定阀门控制气体的输入输出,工作原理:工作前所有阀门保持关闭;打开针阀,气体从氮气、氦气罐中输出;打开球阀1,气体输入缓冲罐,观察数字压力表1,关闭球阀1;待表1压力值稳定后打开球阀2,气体输入膜片两端压力孔,关闭球阀2;读取数字压力表2读数。控制每次输入缓冲罐内的压力值,如果输入压力过大,则打开球阀3,释放气体,观察数字压力表1读数,符合要求后关闭球阀3。
 
由于远传膜片对压差的要求较高,在整个压力试验、氦检漏实验过程中需人员连续监控操作进行。
 
3.1压力试验
压力试验时,以每次不大于34.5kPa的压力值将氮气罐中的氮气释放进缓冲罐中(考虑膜片的非常大承受压差是34.5kPa,也可以适当减少每次进气压力,如:30kPa,以下介绍以每次进气30kPa为例),同时要控制进气速率,要缓慢进行,等待压力表1的数值增加量不大于30kPa且稳定时,用肥皂水对压力表1、阀门1、阀门3和阀门2的进气口的接口处进行检漏,若有泄漏,检查接口并紧固,若没有泄露继续进行加压过程。如果压力值增加量超过30kPa时,打开阀门3进行泄压,控制压力表1的压力值增加量不大于30kPa。重复以上操作直至压力输入端口的压力值达到2.48MPa,然后保压至少10分钟,压力值下降不大于9kPa结果为合格。在压力试验过程中,一定要控制每次的进气量和进气速率,预计用时8小时以上,期间多次用肥皂水检查阀门、压力表接口处以及管件处是否有泄漏,如有泄漏及时紧固。
 
泄压时,同样以每次不大于30kPa的压力值减小压力,缓慢进行,直至压力值降到1.65MPa,对每一处焊接口使用肥皂水进行测试,观察是否有肥皂泡。无问题则继续重复以上操作降压至0kPa。运用此方法可以保证远传膜片不受损坏,试压后远程膜片的合格效果图如图3。
试压合格膜片和损坏膜片
如果采取气源直接进气,不采取缓冲罐及阀门控制,会造成试验用气进气不稳定,进而造成膜片损坏,见图4。
 
3.2氦检漏试验
氦检漏试验的升压及降压过程依据压力试验的操作方式进行,当压力输入端口的压力值达到413.7kPa,保压时间2分钟,然后使用氦检测器对焊缝进行泄露检查操作,泄漏比率小于等于 10^ -8 cc/sec 可满足要求。如果泄露率不满足要求需要重新焊接,每次焊接修复都需要重复以上氦气输入、保压、泄露检查的工作,直至泄露检查符合要求。
 
由于氦气在空气中的体积为 5.24*10^ -6 ,所以在进行氦检漏时不能受到空气干扰。为隔绝空气,我们使用橡胶管对毛细管焊口进行密封,并分别在两侧开直径为 10mm的孔,在进行氦检漏时一端先进行抽真空,另一端使用氦检漏仪进行检测,经试验证实,这种方法简单易操作,还可以有效的隔绝空气。
 
4 毛细管清洁
仪表自带毛细管压力试验及氦检漏试验完成后,毛细管注油前需要进行内部清洁,毛细管清洁主要分为两部分:一是毛细管冲洗;二是毛细管吹扫。毛细管清洁装置的连接,见图 5:毛细管清洁原理图。毛细管清洁主要使用的介质为氩气、异丙醇,因为氩气是干燥气体,且异丙醇的易挥发性可以加快毛细管内部的干燥。
毛细管清洁原理图
4.1 毛细管冲洗
根据设计对毛细管冲洗的要求:冲洗压力 50kPa,冲洗介质异丙醇,冲洗时间 1 小时,冲洗合格标准为使用无毛白布在排污口检测无杂质。
 
测试装置连接完成后使用异丙醇进行毛细管冲洗,由于膜片压差不能大于 34.5kPa,而冲洗压力要求 50kPa,所以,先保持膜片与法兰侧压力范围为:16.5(50-34.5)kPa~34。5kPa 的压力,进气方法参照 3.1 压力试验步骤达到设定一侧膜片压力值。为确保异丙醇能顺利从仪表侧的排污口流出,并不会因控制不当造成冲洗压力过高,通过压强公式 P=gρh,已知 P=50kPa、g=9.8、ρ=0.798,计算出 h,采用将异丙醇注入口(阀门 4 前端)通过 PU 管提升至 h 高处进行灌注冲洗。
 
4.2 毛细管吹扫
毛细管注油前需要确保内部干燥清洁,所以在冲洗完杂质后需要进行毛细管内部吹扫,将残留在毛细管内的异丙醇吹扫干燥,毛细管吹扫要求:压力 2MPa,需吹扫2 分钟。
 
根据图 5 连接完成,吹扫过程中将垫片安装于法兰和远传膜片中间用于保护膜片,保护膜片外形图见图 6,注意远传膜片两端的压差小与 34.5kPa。
保护膜片外形图
5 结论
AP1000 核电项目首次进行毛细管焊接、毛细管压力试验及清洁试验,通过对标准的解读与实际情况相结合,并通过一次次的试验,克服了整个施工过程中的难点。非常终得出运用如上的方法进行毛细管的压力试验、氦检漏试验、毛细管清洁方法安全可用,可以借鉴。
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