引言核电具有清洁、高效、稳定、低碳等特点，对助推我国实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。华龙一号核电机组是我国具有自主知识产权的第三代核反应堆，其采用单堆布置、双层安全壳等先进设计理念[1]。核电站反应堆发生严重事故时会放出大量的放射性物质，反应堆安全壳是核电的最后一道安全屏障，能够防止放射性的物质被释放到空气中[2]。安全壳隔离阀作为安全壳密封屏障的重要组成部分，会影响安全壳的完整性和系统的安全运行。因此，在核电机组调试和运行期间，开展安全壳隔离阀密封性试验[3]（C类试验）至关重要。1安全壳隔离阀简介隔离阀贯穿双层安全壳并作为一回路的组成部分，或直接与内层安全壳内大气相通或不满足内层安全壳内封闭系统要求的管线，均应按要求设置隔离阀贯穿双层安全壳，且不是一回路的组成部分，也不直接与内层安全壳内大气相通，满足内层安全壳内封闭系统要求的管线，至少在外层安全壳外设一个隔离阀。2C类试验及常规试验方法简介安全壳C类试验是检验安全壳隔离阀的密封功能在事故条件下是否能满足设计要求并使其泄漏率保持在要求范围内，以保证核电站在任何情况下生产的放射性物质不泄漏。为了达到这一目的，对安全壳隔离阀进行密封性试验，通过该试验验证位于安全壳内外两侧所有的机械贯穿件隔离阀的密封性[4]，试验时系统内需要充压到设计压力0.42 MPa（绝压）。2.1常规检验方法（1）流量补充法。流量补充法连接原理如图1所示。阀门V1为待验证的安全壳隔离阀，阀门V3为试验的边界。阀门V1、阀门V2、阀门V3的初始状态为关闭；阀门K1、阀门K2为打开状态；加压装置和局部检漏仪连接到阀门K1的上游。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.05.016.F001图1流量补充法连接原理试验步骤：通过局部检漏仪向阀门V1和阀门V3间的管道充入设计压力，同时保持阀门K1和阀门K2为打开状态；阀门V1和阀门V3之间压力保持不变时，局部检漏仪显示的数值即为阀门V1的泄漏率。（2）流量收集法。流量收集法连接原理如图2所示。阀门V1为待验证的安全壳隔离阀，阀门V3为试验边界。初始状态阀门V1、阀门V2、阀门V3为关闭状态；阀门K1、阀门K2为打开状态；加压装置和压力测量仪表连接到阀门K1上；量筒或流量计连接到K2上。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.05.016.F002图2流量收集法连接原理试验步骤：将阀门V1和阀门V3之间的管道加压至设计压力，使阀门K1、阀门K2为打开状态[5]；阀门V1和阀门V3之间压力保持不变时，量筒或流量计测得的数值为阀门V1的泄漏率。2.2常规试验方法的不足之处常规试验方法额外增加了开口，隔离边界较多，发生事故的概率增加。实际应用中，常规方法存在被试验阀门所需的隔离边界范围很大或隔离边界设置困难的情况，如安全壳喷淋系统(CSP)和安全注入系统(RSI)内置换料水箱吸入管线，需安装临时设施作为冲压接口，实施困难，且需耗费大量人力和工期。3闸阀密封性试验方法优化方案3.1优化方案双闸板密封阀门阀盖与阀体的局部剖面如图3所示。阀门设计时在阀盖上设置阀根吹扫孔[6]，用于阀门填料的吹扫。正常情况下，吹扫孔通过螺纹连接的型式密封，需要吹扫时，将螺栓取出并通过压缩空气对阀腔进行吹扫，吹扫完成后更换垫片，通过螺栓密封阀腔。通过结构分析，阀体上的吹气孔可以作为密封隔离法密封试验的试验接口，通过阀门吹气孔将试验压力填入阀腔内，验证阀门密封性。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.05.016.F003图3双闸板密封阀门阀盖与阀体的局部剖面3.2可行性分析3.2.1合规性分析设计文件《安全壳隔离阀密封性试验导则》第4节注意事项对试验的要求为：（1）试验在室温下进行；（2）对阀门加压时，空气或水的压力为设计压力0.42 MPa；（3）试验采用局部加压时，压力方向与阀门执行安全功能时的压力方向相同，除非能够证明从相反的压力方向可以得到等效或更保守的结果[7]；（4）阀门应该按照正常运行时关闭方式进行关闭，不额外增加其他力。第1条、第2条、第4条要求均与采用的加压方式无关。仅第3条规定了加压方向，因此中腔打压法是否满足第3条要求是决定优化方案是否合规的关键。3.2.2加压方向的分析阀门常见的泄漏方式分为内部泄漏和外部泄漏。对于闸阀密封形式，一般在密封面的阀瓣和阀座处发生内泄漏，在填料和阀盖处发生外部泄漏。常规试验方法中，试验介质从管道内左侧向右侧充入，与阀门执行其安全功能时的承压方向一致。此时，阀门的密封性试验结果分为两种情况：若左侧密封面完好，此时试验介质位于图中区域①，测得的泄漏率为左侧密封面的泄漏率Q左；若左侧密封面密封性能不合格，此时试验介质位于图中区域①+区域②，测得的泄漏率为右侧密封面的泄漏率与阀盖、填料的泄漏率之和，即Q右+Q外。以上两种情况，均能使阀门的密封性试验结果合格。当试验在第一种情况下合格时，隔离阀的阀盖、填料处的外泄漏将会存在泄漏率超标的风险。在这种情况下，系统正常运行、阀门处于开启状态时，系统内的介质将有发生外泄漏的风险现场试验过程中，无法根据合格的试验结果判断阀门处于哪种情况，进而无法排除上述风险，也无法判断阀门左右两道密封面是否均处于合格状态。采用中腔打压法进行试验时，试验介质位于阀腔中，即图3中区域②，测得泄漏率既包括左右两侧密封面的泄漏率，也包括阀盖、填料处外泄漏的泄漏率，即Q左+Q右+Q外。综上所述，中腔打压法的结果更为保守。3.2.3验收准则以常规方法试验时，阀门泄漏率验收准则为Q。图3的两种情况中，有一种情况合格即可认为此阀门的密封性合格。Q左≤Q或Q右+Q外≤Q (1)由式(1)得，密封性不合格时：Q左Q且Q右+Q外Q (2)由式(2)得：Q左+Q右+Q外2Q (3)由式(3)的逆反命题的密封性合格：Q左+Q右+Q外≤2Q (4)因此，中腔打压法测量泄漏率的验收准则为常规试验方法的两倍。实际工作中，仍以Q左+Q右+Q外≤Q作为验收准则。中腔打压法具有以下优点：（1）中腔打压法可以同时检测闸板左右密封面和阀门中间腔体(盖与阀体密封、盖与阀杆密封)，从而验证阀门的内泄漏和外泄漏。利用常规试验方法进行试验时，如果闸板左侧的密封完好无损，无法检测到阀门泄漏。中腔打压法比常规试验方法得出的试验结论更为保守。（2）普通试验方法测量的泄漏率是试验阀门和隔离边界内所有阀门泄漏率的和，中腔打压法测得的泄漏率是阀门的真实泄漏率，采用中腔打压法更为合理。（3）中腔打压法不必考虑隔离边界，降低了交叉作业的风险，很大程度地节约试验时间。4中腔打压法在华龙一号中的应用4.1案例一内置换料水箱贯穿件如图4[8]所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.05.016.F004图4内置换料水箱贯穿件利用常规方法执行RSI105贯穿件051VB阀门密封性试验时，需要内置换料水箱DN400管道进行封堵，由于核电厂过滤器的设置，需要将过滤器拆除才能进行封堵。拆除过滤器需要大量人力，工期较长，常规试验方法比较复杂。利用中腔打压法直接对阀门051VB进行试验时，不需要进行其他工作。4.2案例二RSI231壳外并联阀门[9]如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.05.016.F005图5RSI231壳外并联阀门RSI030VP和RSI061VP是231贯穿件的壳外隔离阀，两个阀门从壳内冲压口冲压，如果发现RSI030VP+RSI061VP密封性不合格，由于RSI030VP和RSI061VP并联，无法判断是哪个隔离阀不合格。可以对061VP采取中腔打压法，从而判定061VP是否合格，排除061VP后，结果仍不合格，则判定030VP密封性不合格。4.3案例三针对CSP102贯穿件的014VB、CSP104贯穿件的013VB、RHR213贯穿件的001VP/021VP/030VP、RHR214贯穿件的031VP、RSI101贯穿件的052VP、RSI105贯穿件的051VP等闸阀，利用常规试验方法需要隔离很多阀门，浪费大量的人力物力，如果使用中腔打压法开展安全壳C类试验，相比常规试验方法，每台核电机组可节省人力投入约100 人·d。5结语核电厂执行安全壳隔离阀密封性试验时，常规的流量补充法和流量收集法对试验隔离边界的要求较为严格，所需的隔离边界范围较大，且试验结果包含隔离边界泄漏，无法测量试验阀门的真实泄漏率。机组调试阶段，由于系统安装滞后等原因，经常存在隔离边界不完整，需要采取临时措施的情况，导致工作量增大、工期增长，常规试验方法有很多不足。而针对闸阀密封性试验的中腔打压法简洁高效，试验结果更为保守，符合国家标准和设计要求，试验无额外隔离边界，避免了交叉作业，降低了试验的风险，极大地节约了试验时间，对核电厂调试试验方法优化、节能增效具有重大意义。