充壓測試系統及方法與流程

本發明屬于設備測試領域，具體針對AP1000核電站安全殼內壓力檢測裝置的一種充壓測試系統及方法。

背景技術：

目前，在常規核電站中對安全殼內壓力的檢測，采用如圖1所示的壓力檢測裝置1。該壓力檢測裝置1主要包括不銹鋼管11和壓力變送器12，其中不銹鋼管11穿透安全殼13，一端位于安全殼13的內部，另一端位于安全殼13的外部與壓力變送器12連接。該壓力檢測裝置1通過不銹鋼管11將安全殼13的內部氣體引導至位于安全殼13外部的壓力變送器12處，壓力變送器12將氣體壓力轉換為壓力電信號，并傳輸至控制系統，從而實現對安全殼內部氣體壓力的檢測。

但是，在采用上述壓力檢測裝置1進行安全殼內部氣體壓力的檢測過程中，存在著安全殼內部放射性物質伴隨著氣體通過不銹鋼管11泄漏至安全殼13外部的風險，從而對外界環境造成污染。

AP1000作為中國第三代核電站，在研發設計上對設備的運行安全和環境保護提出了更高的要求。因此，在AP1000核電站中，采用了如圖2所示的壓力檢測裝置2，該壓力檢測裝置2包括壓力變送器12，壓力膜盒21以及毛細管22。其中，毛細管22穿過安全殼13，一端位于安全殼13的外部與壓力變送器12連接，另一端位于安全殼13的內部與壓力膜盒21連接。這樣通過壓力膜盒21對安全殼13內的氣體壓力進行檢測，并借助壓力膜盒21和毛細管22內的壓力傳遞介質，例如硅油，將安全殼13內的氣體壓力傳遞至位于安全殼13外部的壓力變送器12處，從而避免了安全殼13內部放射性物質在壓力檢測和傳遞過程中發生泄漏的問題。

但是，由于壓力膜盒21中膜片兩側壓差的設計允許值不能超過34.5KPa，即壓力膜盒21內部和測壓面之間的壓力差不能超過34.5KPa，而且毛細管22的外徑尺寸為4.23mm，壁厚為1.65mm，其管壁的設計承受壓力值只有2.48MPa。因此，在安裝前的充壓測試中發現，采用常規直接充壓測試的方法對該壓力檢測裝置2進行安裝前的充壓測試時，存在充入和釋放氣體壓力不穩定的問題。當充入和釋放氣體的壓力峰值超出壓力膜盒21中膜片兩側壓力差值或毛細管22的管壁所承受壓力值時，就會造成壓力膜盒21和毛細管22的破壞。

技術實現要素：

為了解決采用常規測試方法對AP1000核電站中壓力檢測裝置進行充壓測試時，存在充入和釋放氣體壓力不穩定的情況，而造成壓力檢測裝置破壞的問題，本發明提出了一種針對AP1000核電站安全殼內壓力檢測裝置的充壓測試系統及方法。該充壓測試系統，包括壓力源和緩沖罐；所述壓力源的出口端與所述緩沖罐的進口端連接，所述緩沖罐的出口端與待測試壓力檢測裝置中的壓力膜盒連接；其中，所述緩沖罐的出口端設有三通，所述三通的第一端口與所述緩沖罐的出口端連通，第二端口與壓力膜盒的測壓面連接，第三端口與壓力膜盒的注油口連接。

優選的，所述緩沖罐上設有第一壓力表；所述壓力膜盒的測壓面處設有第二壓力表；所述壓力膜盒的注油口處設有第三壓力表。

優選的，所述緩沖罐的進口端設有第一截止閥；所述緩沖罐的出口端設有第二截止閥，且所述第二截止閥位于所述三通的上游位置；所述緩沖罐的排氣口設有第三截止閥。

優選的，該充壓測試系統還包括固定組件，用于安裝和固定所述壓力膜盒。

進一步優選的，所述固定組件包括安裝板、石墨墊片和法蘭；所述石墨墊片為環形結構，中間設有通孔；所述法蘭中間設有軸向的螺紋通孔，所述螺紋通孔與所述三通的第二端口連通；所述壓力膜盒的背面貼靠在所述安裝板上；所述壓力膜盒的測壓面與所述石墨墊片接觸，并通過所述法蘭將所述石墨墊片緊貼在所述壓力膜盒的測壓面上；所述壓力膜盒的測壓面、石墨墊片以及法蘭三者之間形成密閉空間，所述密閉空間與所述法蘭的螺紋通孔接通。

一種采用上述任意一種充壓測試系統進行充壓測試的方法，包括以下步驟：

第一步：測試系統裝置連接；所述壓力源、緩沖罐、壓力膜盒通過管路相互連接，壓力膜盒與壓力變送器通過毛細管連接；

第二步：分梯次充壓操作；通過所述緩沖罐對所述壓力膜盒和所述毛細管進行分梯次充壓操作，直至所述壓力膜盒或所述毛細管的內部氣體壓力達到設計壓力值；

第三步：進行密封性檢測；對所述壓力檢測裝置中各連接處以及所述毛細管自身進行密封性檢測；

第四步：分梯次釋壓操作；通過所述緩沖罐對所述壓力膜盒和所述毛細管的內部氣體進行分梯次釋壓操作，直至所述壓力膜盒和所述毛細管的內部氣體壓力完成釋放；

第五步：測試系統拆除，完成測試操作。

優選的，所述分梯次充壓操作包括以下過程：

首先，由所述壓力源向所述緩沖罐內充入第一梯次壓力的氣體，其中第一梯次的壓力值為一個不大于所述壓力膜盒內部和測壓面之間氣體壓力差設計允許值的壓力值；

其次，將所述緩沖罐內的壓力氣體充入所述壓力膜盒和所述毛細管的內部以及測壓面處的密閉空間內，其中，在充入過程中將所述壓力膜盒內部和測壓面之間的氣體壓力差控制在設計允許范圍內；

然后，重復第一梯次的充壓操作，直至所述壓力膜盒或所述毛細管的內部氣體壓力達到設計要求值；其中后一梯次充入的氣體壓力值為前一梯次充入氣體壓力值加上一個不大于所述壓力膜盒內部和測壓面之間氣體壓力差設計允許值的壓力值。

優選的，所述分梯次釋壓操作包括以下過程：

首先，將所述緩沖罐內的氣體壓力值調為第一梯次的釋壓值，其中第一梯次的釋壓值為所述壓力膜盒的內部氣體壓力值減去一個不大于所述壓力膜盒內部和測壓面之間氣體壓力差設計允許值的壓力值；

其次，將所述壓力膜盒內部和所述毛細管內部以及測壓面處的密閉空間內的壓力氣體釋放至所述緩沖罐內，其中，在釋放過程中將所述壓力膜盒內部和測壓面之間的氣體壓力差控制在設計允許范圍內；

然后，重復第一梯次的釋壓操作，直至所述壓力膜盒和所述毛細管的內部氣體壓力完全釋放；其中后一梯次的釋壓值為前一梯次的釋壓值減去一個不大于所述壓力膜盒內部和測壓面之間氣體壓力差設計允許值的壓力值。

優選的，進行密封性檢測時，如果密封性不達標，首先對所述壓力膜盒和毛細管的內部氣體進行分梯次釋壓后，再進行密封性問題解決。

采用本發明的充壓測試系統及方法，對AP1000核電站安全殼內壓力檢測裝置進行安裝前的充壓測試，具有以下有益效果：

1、本發明的充壓測試系統，通過在壓力源和待測試的壓力檢測裝置之間設置緩沖罐，對充入壓力檢測裝置的高壓氣體進行預緩沖操作，從而實現對充入壓力監測裝置內部的氣體壓力進行精確控制。這樣避免了高壓氣體對壓力膜盒和毛細管的直接沖擊，達到對壓力監測裝置中壓力膜盒和毛細管的保護。

2、本發明的充壓測試系統，通過在緩沖罐的出口端設置三通，將壓力檢測裝置中壓力膜盒的內部和壓力膜盒的測壓面接通，并與緩沖罐的出口端連接。這樣通過緩沖罐和三通的配合，不僅可以提高對壓力檢測裝置充壓和釋壓的穩定性，而且通過同時對壓力膜盒的內部和測壓面進行充壓和釋壓，即對膜盒內膜片兩側同時進行充壓和釋壓，達到對膜片兩側氣壓變化的平衡，減小在氣體壓力變化過程中膜片的變形量，實現對壓力膜盒的保護。

3、在本發明的充壓測試方法中，通過采用分梯次的充壓和分梯次的釋壓操作對壓力檢測裝置進行充壓和釋壓，避免壓力膜盒和毛細管內部出現氣體壓力的驟變。而且通過將每一梯次操作中氣體壓力值的變化量控制在壓力膜盒中膜片兩側壓力差允許的范圍內，這樣可以避免出現操作失誤時，對壓力膜盒造成破壞的問題。

附圖說明

圖1為常規核電站安全殼內壓力檢測裝置的結構示意圖；

圖2為AP1000核電站安全殼內壓力檢測裝置的結構示意圖；

圖3為本發明對AP1000核電站安全殼內壓力檢測裝置進行充壓測試時的測試系統原理圖；

圖4為在本發明測試系統中，壓力膜盒與固定組件的連接示意圖；

圖5為本發明對AP1000核電站安全殼內壓力檢測裝置進行充壓測試時的測試流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明中的技術方案進行詳細介紹。

結合圖3所示，該充壓測試系統3包括壓力源31和緩沖罐32。壓力源31的出口端與緩沖罐32的入口端連接，緩沖罐32的出口端與待測試壓力檢測裝置2中的壓力膜盒21連接。其中，在緩沖罐32的出口端設有三通33，三通33的第一端口與緩沖罐32的出口端連接，第二端口與壓力膜盒21的測壓面連接，第三端口與壓力膜盒21的注油口連接。壓力膜盒21的連接口通過毛細管22與壓力變送器12連接，并且壓力膜盒21的注油口與連接口在壓力膜盒21的內部相互連通，壓力膜盒21的內部與毛細管22的內部連通。其中，在本發明中壓力源31選用氮氣瓶，同樣可以選用其他氣體壓力源，例如空氣壓縮機。

此外，在緩沖罐32上設有壓力表34，用于監測緩沖罐32內的氣體壓力變化；在壓力膜盒21的注油口設有壓力表35，用于監測壓力膜盒21注油口處以及壓力膜盒21內部和毛細管22內部的氣體壓力變化；在壓力膜盒21的測壓面處設有壓力表36，用于監測壓力膜盒21測壓面處的壓力變化。

根據壓力檢測裝置2中壓力膜盒21和毛細管22的設計和選用規格，在本發明中，壓力表選用量程為4MPa，精度等級為0.01％的高精度數字壓力表。這樣不僅可以滿足對毛細管22的管壁設計耐壓值2.48MPa的測量，而且可以對氣壓在30±3KPa內的變化進行準確測量。

優選的，在緩沖罐32的進口端設有第一截止閥37，用于控制氣體由壓力源31進入緩沖罐32的速度。在緩沖罐32的出口端設有第二截止閥38，且第二截止閥38位于三通33的上游位置，用于控制緩沖罐32的內部氣體輸出速度，即控制氣體進入壓力膜盒21的速度。在緩沖罐32的排氣口設有第三截止閥39，用于對緩沖罐32內的氣體進行釋放操作，從而配合第一截止閥37實現對緩沖罐32內的氣體壓力進行控制。

結合圖4所示，該沖壓測試系統3還包括固定組件4，用于安裝和固定壓力膜盒21。固定組件4包括安裝板41，石墨墊片42以及法蘭43。其中，石墨墊片42為環形結構，中間設有通孔。法蘭43中間設有軸向的螺紋通孔，該螺紋通孔通過接頭和管路與三通33的第二端口連接。壓力膜盒21位于安裝板41和石墨墊片42之間，其中壓力膜盒21的背面貼靠在安裝板41的表面上，壓力膜盒21的測壓面與石墨墊片42接觸，并通過法蘭43將石墨墊片42緊貼在壓力膜盒22的測壓面上。安裝板41、石墨墊片42和法蘭43三者之間通過螺栓組件44進行連接，并對壓力膜盒21進行夾緊固定。此時，在壓力膜盒21的測壓面，石墨墊片42的通孔以及法蘭43三者之間形成一個密閉空間45。該密閉空間45通過法蘭43上的螺紋通孔與三通33連接，從而可以將緩沖罐32內的壓力氣體作用在壓力膜盒21的測壓面上。

結合圖3、圖4和圖5所示，采用本發明的充壓測試系統3，對AP1000核電站安全殼內的壓力檢測裝置2進行安裝前的充壓測試步驟如下：

第一步：測試系統連接。通過管路將壓力源31、緩沖罐32以及壓力膜盒21連接，通過毛細管22將壓力膜盒21和壓力變送器12連接。

第二步：分梯次進行充壓操作。其中，第一梯次的充壓操作過程為：

首先，關閉第二截止閥38和第三截止閥39，開啟第一截止閥37，將壓力源31內的高壓氣體引入緩沖罐32內。其中，通過控制第一截止閥37的開啟量，控制緩沖罐32內氣體的充入速度和壓力。同時，觀察壓力表34，將緩沖罐32內的氣體壓力值控制在30KPa。在此過程中，通過對第一截止閥37和第三截止閥39的開啟和關閉操作，使緩沖罐32內的氣體壓力最終達到和穩定在30KPa。其中，在本發明中，將每一梯次的氣體壓力變化值設定為30KPa，既可以避免超出壓力膜盒21中膜片兩側允許的壓力差值34.5KPa，也可以加快充壓速度，提高充壓測試的效率。

其次，關閉第一截止閥37和第三截止閥39，開啟第二截止閥38，將緩沖罐32內的高壓氣體輸出至壓力膜盒21和毛細管22的內部以及密閉空間45內。其中，通過控制第二截止閥38的開啟量，將該過程中第二壓力表35和第三壓力表36之間的壓力差值控制在30KPa以內。待第二壓力表35和第三壓力表36的壓力值相等且穩定后，關閉第二截止閥38，從而完成第一梯次的充壓操作。

然后，重復第一梯次的充壓操作，直至壓力膜盒21和毛細管22的內部氣體壓力達到毛細管22管壁設計承受壓力值2.48MPa，即第二壓力表35和第三壓力表36的壓力值達到2.48MPa。其中，在后一梯次的充壓操作中，充入緩沖罐32的氣體壓力值為前一梯次充入氣體的壓力值加上30KPa。

第三步：進行密封性檢測。對毛細管22與壓力膜盒21和壓力變送器12的連接處，以及毛細管22自身是否存在泄漏進行檢測。如果存在泄露，將泄露問題解決后，重復第二步操作，對壓力檢測裝置2重新進行密封性檢測，直至符合密封性測試要求。

第四步：分梯次進行釋壓操作。其中，第一梯次的釋壓操作過程為：

首先，關閉第二截止閥38，調整第一截止閥37和第三截止閥39的開啟量，將緩沖罐32內的氣體壓力調整至2.45MPa。

其次，關閉第一截止閥37和第三截止閥39，開啟第二截止閥38，將壓力膜盒21和毛細管22內的高壓氣體(2.48MPa)釋放至緩沖罐32內。其中，通過調整第二截止閥38的開啟量，控制壓力膜盒21和毛細管22內氣體的釋放速度，將第二壓力表35和第三壓力表36之間的壓力差值控制在30KPa以內。待第一壓力表34、第二壓力表35和第三壓力表36三者的壓力值相等且穩定后，關閉第二截止閥38，完成第一梯次的壓力釋放操作。

然后，重復第一梯次的釋壓操作，直至壓力膜盒21和毛細管22的內部氣體壓力釋放完畢。其中，在后一梯次的釋壓操作中，緩沖罐32內的氣體壓力值為前一梯次釋壓完成后的氣體壓力值減去30KPa。

第五步：測試系統拆除，完成對AP1000核電站安全殼內壓力檢測裝置2的充壓測試。

其中，在第三步對壓力檢測裝置2進行密封性檢測時，如果密封性檢測不達標，進行泄漏問題解決前需要首先對壓力膜盒21和毛細管22內的氣壓完全釋放，具體操作方法參考為第四步中的分梯次釋壓操作。