摘要：钢制安全壳（以下简称CV）是第三代核电AP1000核电站反应堆的第三道安全屏障，也是最后一道安全屏障。当反应堆发生失水事故（LOCA）时，释放的大量带有放射性的高温高压汽水混合物将被安全壳包容和隔离，以防止其外泄对核电站周围环境和公众产生危害。因此验证安全壳的结构完整性成为判定安全壳合格与否的关键所在。安全壳完整性主要通过结构完整性试验（SIT）和整体泄漏率试验（ILRT）验证。而三门核电1#机组是全球首台AP1000机组，也是第一次对CV开展SIT试验。本次试验顺利完成，对后续项目有非常好的借鉴作用。
关键词：钢制安全壳；SIT试验；核电施工；试验压力；泄漏检查
引言
钢制安全壳（以下简称CV）是第三代核电AP1000核电站反应堆的第三道安全屏障，也是最后一道安全屏障。CV内直径为39.624m、高度为65.633m、壁厚为41.3～47.6mm，共由260块板焊接而成，总重量约3500吨。当反应堆发生失水事故（LOCA）时，释放的大量带有放射性的高温高压汽水混合物将被安全壳包容和隔离，以防止其外泄对核电站周围环境和公众产生危害。因此验证安全壳的结构完整性成为判定安全壳合格与否的关键所在。安全壳完整性主要通过结构完整性试验（SIT）和整体泄漏率试验（ILRT）验证。而三门核电1#机组是全球首台AP1000机组，也是第一次对CV开展SIT试验。
图1 CV示意图
一、SIT试验情况介绍
SIT（Structure Integrity Test）即结构完整性试验，也称气压试验，是指安全壳在一定压力条件下通过测定安全壳的结构响应等来评价安全壳整体性能，证明其抵抗事故工况的能力。
AP1000 钢制安全壳SIT试验主要执行ASME NE 2001及试验技术规格书的要求。即将安全壳压力由大气压逐渐升压至试验最高压力66psig [大于1.1×设计压力（59psig）]，在最高压力保持15min以验证安全壳结构强度；降压至设计压力（59psig）对安全壳进行一次全面检验（安全壳整体目视及承压焊缝检漏），以验证安全壳结构完整性；并在全试验周期内持续测定安全壳的变形和应力的响应以评价其整体力学性能。
ILRT（Integrated Leak Rate Testing）即整体泄漏率试验，是在模拟设计基准事故（DBA）工况下测定安全壳泄漏率的试验。通过这项指标来评价安全壳在设计基准事故工况下，安全壳控制放射性释放到外界环境中的能力。
SIT和ILRT试验条件基本相同，两试验在安全壳具备试验条件下连续进行。SIT试验在前，ILRT试验在后。两试验整体试验过程曲线如下图，本文主要讨论SIT试验。
图2 SIT&ILRT试验曲线图
二、SIT试验突出问题
SIT和ILRT虽在同一时间分阶段进行，但SIT和ILRT试验分别由不同的团队执行。由于SIT试验非常复杂，涉及单位多，试验期间技术管理工作的各方面均存在非常大的挑战。对SIT试验的顺利完成带来了很大的风险。
三、解决方案创新
1试验准备阶段
试验准备阶段包含传感器及数据采集系统安装、安全壳试验条件建立、升降压系统建立以及安全控制建立等主要先决条件内容。
1.1试验先决条件
1、人员资质
SIT试验参与人数众多、专业涵盖范围广。主要涉及：
1）数据采集系统（DAQ）安装人员；
数据采集系统安装包含：测量放线、表面处理、应变计安装测试、位移传感器安装测试及采集系统安装调试；
2）目视检查、泄漏检查（肥皂泡）人员；
目视检查包含试验准备阶段目视检查及试验期间承压焊缝目视检查，所有目视检查人员、肥皂泡检查人员经过分包商的培训，并取得授权后方可进行检查；
3）数据采集人员；
数据采集人员应接受数据采集课程培训取得相应授权，并能熟练操作采集系统且具备能处理系统软硬件问题的能力；
4）升降压系统人员
升降压系统团队建立，包含升降压系统建立、维护、运行等人员，所有人员需经过专业培训并取得授权。
5）其他
除以上所需的人员资质要求外，所有参加试验的人员均需进行安全培训、详细的技术安全交底。
1.2 试验设备及材料
SIT试验设备主要为监测安全壳响应的数据采集系统（位移传感器及其采集装置、应变花及其采集装置、温湿度计及其采集装置及数据采集分析系统等）以及升降压系统（空压机系统、升降压管线及安全阀系统、压力表等）。
试验材料主要为目视、泄漏检测所需的肥皂泡检测液及其等配套工具；
监测设备标定有效期不超过半年（检定有效期包含试验期间），因此结合安全壳状态合理规划检定时间成为关键所在。
关注要求：
SIT试验对安全壳响应监测范围覆盖筒体、顶封头及壳体内侧在内的关键部位。试验设备的安装方式、采集电缆敷设线路、采集装置的布置位置应结合安全壳邻近构筑物状态提前规划，合理排布。
1.3文件资料准备
结合SIT试验性质及要求确定施工方案涵盖范围，制定明确的方案编制计划。试验前共编制19份施工方案及5份质量计划，内容涵盖试验准备阶段及试验阶段所有活动。
1.4 试验环境
SIT试验环境主要包含安全壳状态、壳内外环境两大类。
安全壳状态包含安全壳本体施工完成情况（所有焊接活动、热处理及NDE工作全部完成）、设计文件（包含图纸、变更及规格书）执行验证情况、质量文件关闭情况（NCR、流转卡及CAR等）、B&C类试验执行情况等；
壳内外环境包含检测位置可达性建立（脚手架、钢爬梯搭设等）、CB20及屏蔽墙导流孔封堵、安全壳表面清洁状态、壳内各房间清洁状态、非承压设备仪表移除和管线排空等；
2试验阶段
SIT分为预试验和正式试验两阶段执行。整个试验期间为7×24hr连续不间断作业，全周期（理想状态）超过220hr。试验持续时间长，跨度大，参与人数众多，为保证试验有序进行，试验团队现场项目部成立SIT试验组，建立完善的两班倒制度及交接班制度，确保整个试验过程有序可控。同时SIT团队与ILRT试验团队建立明确的职责分工，试验期间两团队团结协作，相互支持，共同推动试验高效顺利完成。
2.1 预试验阶段及关注要点
预试验：将安全壳压力逐渐升至6pisg，保持至少15min，并逐渐降至大气压。目的是在一次完整的升降压过程中检测位移、应变传感器随压力变化的响应，以验证传感器、DAQ系统在试验过程具备良好的数据采集性能。
关注要点：
1）预打压前2小时，启动DAQ采集系统
2）应变及位移传感器初始值置于“0”
3）启动温度报警及加压速率报警
4）预打压升压至6.0-6.1PSIG，升压速率 ≤ 2.5Psig/hr，泄压速率 ≤1Psig/hr
5）对所有的应变/位移测点逐一绘制曲线并与理论曲线进行对比，对温湿度传感器的反应进行检查，通过对比评估安全壳的初始响应及数据采集系统性能。
6）预试验后处理：预试验评估完成后，所有传感器重新置“0”，启动正式试验。
2.2 正式试验阶段及关注要点
正式试验：在预试验评估完成后，将安全壳压力连续升至33psig（50%试验压力）压力平台，并按照10%试验压力梯度逐步升压至试验压力。整个升压过程在经历5个压力平台后最终到达最高压力平台（66psig），在最高压力平台保压15min以完成对安全壳强度的验证，保压完成后将压力降至设计压力平台59psig，并对安全壳进行一次全面的检查，即安全壳整体目视检查及承压焊缝泄漏检查（肥皂泡检查），待检查完成后，将试验移交业主进行ILRT试验。
试验期间，安全壳位移、应变、温湿度等数据从预试验升压前24hr开始采集，数据采集周期涵盖SIT及ILRT整个试验周期，并持续至ILRT试验完成且安全壳压力泄至大气压后24hr结束。
关注要点：
1）升压前再次确认传感器数据置“0”，启动DAQ系统数据采集，开启系统报警；
2）逐级升压至33/39.6/46.2/52.8/59.4/66psig平台，升压速率≤2.5psig/h；
泄压速率≤1psig/h降压至59~59.5psig进行安全壳检查；
3）升降压期间关注并控制安全壳内温湿度变化；
4）试验前确定关键检查部位。试验期间，每个压力平台均需对关键部位进行检查，分析并判断趋势，必要时排除可能存在的问题隐患，确保安全壳顺利升压。
5）试验前，建立异常情况紧急预案及处理措施。升压期间，任何异常情况如无特殊要求立即停止升压，发起异常事件工程评估。
论文作者:王鑫,周天云,赵力炜
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/21
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