PTR213TW贯穿件试验问题分析及解决方案

PTR213TW贯穿件试验问题分析及解决方案

陈英瑜

中广核核电运营有限公司 陈英瑜

摘要：PTR213TW贯穿件属于核电第三道屏障的一部分，试验过程中如果泄漏率超标将是非常棘手的问题，因为该贯穿件系统复杂，隔离边界庞大，影响泄漏率的因素也变得复杂，在关键路径下如何快速排查漏点将极具挑战。本文通过介绍贯穿件的功能及试验，针对该贯穿件系统特点深入分析试验中的各种异常模式，并提出优化方案，最终解决试验各种故障问题。

关键词：PTR213TW；异常模式；优化

PT213TW贯穿件试验属于5年期项目，由于近年来中广核机组增多，大修密集，计划窗口变化，该贯穿件试验出现异常的概率也急剧增大，经常出现无法顺利执行的情况。例如在某电厂机组第4次大修期间，试验中对系统进行充压（水法）时，试验压力无法建立，最后耗时2天才锁定边界漏点。在某电厂机组第13次大修期间，试验(气法)中，被试验阀门自身验证时系统压降与预期不符，耗时3天反复排查后发现现场管道布置原因导致管道内存有大量的残水影响了试验结果。在某电厂机组第4次大修期间，试验中发现岛内阀门PTR022+023VB泄漏率大量程超标，经过反复排查边界最终锁定试验阀门PTR022+023VB本身故障。可见这些试验进行排查异常都耽误了大量时间，目前各基地大修中累计出现了20次试验异常情况。

1. 贯穿件试验方法

贯穿件试验的泄漏率计算是基于质量守恒及连续介质模型，并按照保守原则来计算的，试验方法见下图1。

1. V1作为试验阀门，V3作为隔离边界，关闭V1\V2\V3，开启t1,连接加压装置及流量计到t1。

2. 加压V1，V3之间的管道至安全设计压力（4.2bar.g），并使之维持恒定。

3. 测量到的泄漏率是V1和V3的总泄漏率，为保守起见，可将此作为被试验阀V1的泄漏率。

4. 该方法既适用于水法也适用于气法。当用水法或气法（小管径系统）时，试验期间V1阀门的下游必须泄压，也可连续开关几次阀门t2即可。

图
1：贯穿件试验方法简图

针对PTR213TW贯穿件，其试验阀门包括PTR022+023VB及PTR021VB，具体见下图2。PTR213TW处于RRA系统的余热排出泵入口与PTR系统的PTR001/002PO入口间的联络管线上，主要实现以下两大功能：

1. 在PTR系统作为RRA系统应急备用时，PTR002PO通过该管线吸入一回路的水，进行冷却和处理；

2. 在余热排出热交换器维修后进行动态排气操作时（此时余热排出系统已经和一回路及化容系统隔离），余热排出泵将通过这条管线从换料水箱吸水。

2. PTR213TW贯穿件试验执行

   1. 针对被试验阀022+023VB步骤如下：

□连接充压装置和流量计至455VB处快速接头,打开455VB, 充压至4.2bar.g，用1A法试验022+023VB。

□打开021VB/901VB和RPE296VE进行二次泄压验证。

□流量计稳定一段时间后读取试验数据，查曲线记录结果。

1. 2. 针对被试验阀021VB步骤如下：

□连接充压装置和流量计至455VB处快速接头,打开455VB/022VB, 充压至4.2bar.g，用1A法试验021VB。

□打开901VB和RPE296VE进行二次泄压验证。

□流量计稳定一段时间后读取试验数据，查曲线记录结果。

流量计

图2 PTR213TW贯穿件系统简图

从上图可以看出，该贯穿件试验的隔离边界如下表所示，总共需要隔离阀门38个，可知隔离边界非常庞大，现场管道走向复杂，给试验增加难度。

3. PTR213TW贯穿件试验异常模式分析

贯穿件试验的目的是检查被试验阀门的密封性，所以建立完好的隔离边界是影响贯穿件试验的一个重要因素，而隔离边界的建立又依赖于运行人员的操作技能和边界阀门本身的严密情况，有时由于机组状态特殊要求使得边界隔离不能按照正常情况建立，给试验带来一定的困难。另一个影响贯穿件试验的是试验介质，由于阀门检修，试验窗口安排，及管道走向复杂等影响，管道内的试验介质实际上不能满足完全是水或者完全是气体，导致试验结果偏差较大。这些因素中的一个或者多个叠加作用下，最终影响了试验判断。针对历次试验实践分析，异常的情况基本可分为如下几类。

1. 1. 故障异常模式一：岛内边界隔离不严

历次大修中隔离边界不严的问题基本都存在。如某次大修中，试验压力无法建立，工作人员在TSD-PTR-455处插压力表监控系统压力，压力表压力为1.9bar.g，怀疑是20米水池产生的压力，即与一回路进行隔离的边界是有漏的，同时配合运行开关阀门、逐一排查边界漏点，最终锁定边界阀门L3RRA001VP有漏。

该贯穿件试验的隔离边界庞大，岛内边界涉及到24个阀门，类型不一，大小不一，分布在-3.4m、0m和5m层高的12个房间内。在运行实施隔离不到位或者由于边界阀门本身缺陷导致隔离边界不严密时，隔离边界上的泄漏率将会被统计到被试验阀门的泄漏率上，使得被试验阀门的泄漏率偏大，影响阀门密封性评估。如果隔离边界上的泄漏大时，将导致无法建立试验压力，试验无法正常执行。而且庞大的隔离边界一旦出现问题，排查的耗时将会非常长，人力及剂量投入也非常大。

1. 2. 异常故障模式二：自身验证存偏差

贯穿件试验中需要在被试验阀门下游执行二次泄压以验证试验数据有效性，特别是使用水法或者小管径阀门使用气法时需要执行，如果由于外在条件限制，可以通过自身验证来辅助判断。而在PTR213TW贯穿件试验中，试验窗口一般被安排在低低水位，此时PTR021VB岛内侧排空，岛外侧满水，试验只能采用气法执行。由于条件限制PTR021VB一般作为隔离指令，不能开启执行二次泄压，考虑到该贯穿件阀门所处管径为300mm，内部气体空间足够大，可以忽略从上游泄漏过来的气体对压力上升的贡献，所以在用气法做PTR022+023VB密封性试验时，不得已采取被试验阀门自身验证的方法来替代二次泄压验证。

但在某次大修执行PTR022+023VB密封性试验(气法)时，被试验阀门自身验证时系统压降为100mbar，很小，判断为阀门泄漏率超标，阀门解体检修后再次试验，泄漏情况不变，经过反复排查后发现，在实际执行中系统管道的现场实际布置及试验窗口会导致该异常发生，会导致试验结果误判，具体见下图3。由于现场管道走向复杂，PTR021VB处于最低位置，而运行人员在执行系统排水时实际上无法将管段中低位的水排掉，导致被试验阀门PTR022+023VB下游的气体空间实际很小，当上游泄漏过来的气体挤压后压力将上升较快，所以通过被试验阀门自身验证时，系统压力下降可能很小。

图3 现场管道布置简图

1. 3. 异常故障模式三：阀门本身故障

贯穿件试验的目的是检查被试验阀门的密封性，即评估阀门本身密封面是否故障，这种故障可能是由于阀门关不到位、密封面间隙过大、密封面存在杂质等原因所致。但前文故障异常模式一的分析表明，在运行实施隔离不到位或者由于边界阀门本身缺陷导致隔离边界不严密时，隔离边界上的泄漏率将会被统计到被试验阀门的泄漏率上，使得被试验阀门的泄漏率偏大，影响阀门密封性评估。

这种情况也在多次大修中发生，如在某次大修中岛内试验阀门PTR022+023VB泄漏率大量程超标，这时需要判断试验压力能否顺利建立并稳定，通过开关岛内试验阀门冲洗的同时，执行岛外试验阀门PTR021VB泄漏率试验。由于内外试验阀门同时故障的可能性较低，而且拥有同样的隔离边界，这样就可以辅助判断并排查隔离边界。此次大修中岛外试验阀门PTR021VB泄漏率也超标，在排查隔离边界后，其泄漏率值下降到合格范围内，此时重新执行岛内试验阀门PTR022+023VB泄漏率，结果还是超标，说明阀门本身故障。

所以在试验过程中通过各种技术手段排除其它因素影响，锁定阀门本身密封面故障至关重要。

案例：Y104大修期间，在执行Y1PTR213TW贯穿件试验中现场试验发现岛内阀门Y1PTR022+023VB泄漏率大量程超标。边界压力能够建立且稳定，通知静机人员后，同时决定反冲逆止阀Y1PTR023VB，并读岛外阀门Y1PTR021VB的泄漏率为510000cm3/h。运行人员排查现场紧固边界后Y1PTR021VB泄漏率降到90000cm3/h。此时分析边界不严基本消除，再次试验Y1PTR022+023VB，泄漏率为360000cm3/h，还是超标，基本确认是阀门本身故障。为保证试验准确性，再次反冲Y1PTR023VB后执行试验，Y1PTR021VB泄漏率维持90000cm3/h，Y1PTR022+023VB泄漏率严重超标。最终锁定阀门Y1PTR022+023VB本身故障，检修后再鉴定试验结果合格。

此外Y103\Y204\Y104\N402\L307也出现过类似问题。

1. 4. 异常故障模式四：岛外边界隔离难以隔离

大修期间，PTR213TW贯穿件所处系统岛外部分的冷却循环泵及热交换器需要运行，以冷却乏燃料水池中的乏燃料，导出乏燃料的剩余释热。所以核安全工程师一般不允许隔离冷却循环泵入口前的阀门PTR002/017VB（即不能作为隔离边界），为了避免排水过多可能造成泵气蚀，PTR021VB不能申请为试验指令，而本来需要执行二次泄压操作的阀门PTR901VB/RPE296VE均不能使用，这将给试验增加难度，并引发异常故障模式二。大修中基本上都存在这个难以隔离的情况，增加试验难度。

从上面异常故障模式分析可以看出，在实际试验过程中，单一异常故障相对比较少，更多是故障异常模式处于叠加状态，即由一种异常故障模式引发另一种异常故障模式发生，比如岛内边界隔离不严有可能引发为阀门自身故障的误判，岛外边界难以隔离引发阀门自身验证偏差，自身验证偏差引发阀门自身故障的误判。

4. PTR213TW贯穿件试验异常故障解决方案

   1. 解决方案一：改造以缩小岛内外隔离边界

由上面分析可知，在所有异常故障模式中，岛内边界隔离不严发生的频率最多。PTR213TW贯穿件试验经常出现异常的本质原因是由于岛内隔离边界太大，而岛外边界难以隔离。庞大的隔离边界一旦遇到异常，排查工作将非常耗时耗力，大量的时间人力投入将大大增加人员剂量。建议在如图4位置分别增加一个隔离阀门PTR001VB和PTR002VB，以缩小隔离边界。

PTR001VB将极大地缩小岛内隔离边界，彻底解决岛内边界隔离不严的问题，进而又能解决由岛内边界隔离不严可能引发的阀门自身故障的误判，在安全质量工期等方面都会取得巨大效益。

PTR002VB将作为试验边界，同时不影响PTR系统冷却循环泵的持续运行，这样PTR021VB也可以作为试验指令释放给工作负责人。解决了岛外边界难以隔离引发阀门自身验证偏差，自身验证偏差引发阀门自身故障的误判等问题。

一旦这两个改造都完成，PTR213TW贯穿件试验将不受试验窗口的制约。

图4 异常解决方案一简图

1. 2. 解决方案二：优化岛内隔离边界检验排查方案

改造需要多部门协调，周期较长，在目前状态下，需要通过强化隔离效能，梳理隔离边界阀门重要次序，优化试验步骤，分步骤检验隔离边界，分区排查隔离边界，尽可能缩短应对异常的排查时间。隔离边界除了通过运行人员建立，还需要通过试验人员往系统内充压来检验，检验标准是能否建立稳定的试验压力。

优化岛内隔离边界检验排查步骤如下：

1. 试验窗口优先安排在机组下行后排水前的满水阶段，这是RRA系统作为水实体隔离边界，边界上的阀门未经过操作或者检修，能够满足隔离要求。

2. 使用水法试验时，试验前在TSD-PTR-455处插压力表，打开PTR455VB监测系统压力，若压力为0.5bar.g（RRA001/021VP标高5m，水柱高度产生的位差），说明与一回路系统相连的隔离边界严密，若压力为约2bar.g，说明隔离边界阀门RRA001/021VP不严密，压力可能是反应堆水池水位产生的压力。使用气法试验时，无此步骤。

3. 使用气法试验时，试验前要先检查确认PTR022VB处于关闭状态，并手动紧固，避免PTR022VB泄漏的气体挤压下游空间，在后续二次泄压验证时难以卸掉压力。

4. 试验前先在RPE754WV处监测压力，以检验初始背压情况，如有压力，应通过开关PTR901VB/RPE296VE将压力卸去，同时观察压力上涨情况，检验岛外隔离边界的严密性。

5. 试验设备连接系统后，先关闭PTR455VB/RPE170VP，建立压力，以检验设备压力边界和RPE170VP边界严密。

6. 往系统充压后，先监测压力能否建立并且稳定，若压力无法稳定，可通过下表所示的隔离边界阀门按优先级来进行排查，优先级设定是按照历史阀门出现的泄漏情况，阀门类型来定级。

7. 对于排查缩小隔离边界范围后，紧固无效果，可以通过下表所示的双重隔离来增加隔离效果。

特别注意的是，PTR213TW的管线与RRA系统相连，而RRA系统与RCV214TW、PTR219ATW、REN270BTW等贯穿件的管线相连，故在隔离上要考究这几个贯穿件试验的结果，统筹加以分析。

5. 总结

PTR213TW贯穿件作为连接RRA系统和PTR系统的枢纽，实现疏水排气功能，这种系统重要性导致试验窗口特殊。而其隔离阀的密封性影响着整个安全壳第三道屏障的密封性评估，如何保证密封性试验的顺利实施，精准评估至关重要。

通过优化岛内隔离边界检验排查方案，只能缩短出现异常之后的排查时间，但是排查仍然是非常耗时耗力并增加大修集体剂量的工作。通过改造以缩小隔离边界才是一劳永逸的方法。同时，其它系统贯穿件试验同样可以参考该方案通过强化隔离效能，梳理隔离边界阀门重要次序，优化试验步骤，分步骤检验隔离边界，分区排查隔离边界，尽可能缩短应对异常的排查时间。

目前大亚湾核电厂1号机组和岭澳核电厂1、2号机组已完成岛外PTR002VB改造（实际增加阀门PTR920VB）。