充压测试系统及方法与流程

本发明属于设备测试领域，具体针对AP1000核电站安全壳内压力检测装置的一种充压测试系统及方法。

背景技术：

目前，在常规核电站中对安全壳内压力的检测，采用如图1所示的压力检测装置1。该压力检测装置1主要包括不锈钢管11和压力变送器12，其中不锈钢管11穿透安全壳13，一端位于安全壳13的内部，另一端位于安全壳13的外部与压力变送器12连接。该压力检测装置1通过不锈钢管11将安全壳13的内部气体引导至位于安全壳13外部的压力变送器12处，压力变送器12将气体压力转换为压力电信号，并传输至控制系统，从而实现对安全壳内部气体压力的检测。

但是，在采用上述压力检测装置1进行安全壳内部气体压力的检测过程中，存在着安全壳内部放射性物质伴随着气体通过不锈钢管11泄漏至安全壳13外部的风险，从而对外界环境造成污染。

AP1000作为中国第三代核电站，在研发设计上对设备的运行安全和环境保护提出了更高的要求。因此，在AP1000核电站中，采用了如图2所示的压力检测装置2，该压力检测装置2包括压力变送器12，压力膜盒21以及毛细管22。其中，毛细管22穿过安全壳13，一端位于安全壳13的外部与压力变送器12连接，另一端位于安全壳13的内部与压力膜盒21连接。这样通过压力膜盒21对安全壳13内的气体压力进行检测，并借助压力膜盒21和毛细管22内的压力传递介质，例如硅油，将安全壳13内的气体压力传递至位于安全壳13外部的压力变送器12处，从而避免了安全壳13内部放射性物质在压力检测和传递过程中发生泄漏的问题。

但是，由于压力膜盒21中膜片两侧压差的设计允许值不能超过34.5KPa，即压力膜盒21内部和测压面之间的压力差不能超过34.5KPa，而且毛细管22的外径尺寸为4.23mm，壁厚为1.65mm，其管壁的设计承受压力值只有2.48MPa。因此，在安装前的充压测试中发现，采用常规直接充压测试的方法对该压力检测装置2进行安装前的充压测试时，存在充入和释放气体压力不稳定的问题。当充入和释放气体的压力峰值超出压力膜盒21中膜片两侧压力差值或毛细管22的管壁所承受压力值时，就会造成压力膜盒21和毛细管22的破坏。

技术实现要素：

为了解决采用常规测试方法对AP1000核电站中压力检测装置进行充压测试时，存在充入和释放气体压力不稳定的情况，而造成压力检测装置破坏的问题，本发明提出了一种针对AP1000核电站安全壳内压力检测装置的充压测试系统及方法。该充压测试系统，包括压力源和缓冲罐；所述压力源的出口端与所述缓冲罐的进口端连接，所述缓冲罐的出口端与待测试压力检测装置中的压力膜盒连接；其中，所述缓冲罐的出口端设有三通，所述三通的第一端口与所述缓冲罐的出口端连通，第二端口与压力膜盒的测压面连接，第三端口与压力膜盒的注油口连接。

优选的，所述缓冲罐上设有第一压力表；所述压力膜盒的测压面处设有第二压力表；所述压力膜盒的注油口处设有第三压力表。

优选的，所述缓冲罐的进口端设有第一截止阀；所述缓冲罐的出口端设有第二截止阀，且所述第二截止阀位于所述三通的上游位置；所述缓冲罐的排气口设有第三截止阀。

优选的，该充压测试系统还包括固定组件，用于安装和固定所述压力膜盒。

进一步优选的，所述固定组件包括安装板、石墨垫片和法兰；所述石墨垫片为环形结构，中间设有通孔；所述法兰中间设有轴向的螺纹通孔，所述螺纹通孔与所述三通的第二端口连通；所述压力膜盒的背面贴靠在所述安装板上；所述压力膜盒的测压面与所述石墨垫片接触，并通过所述法兰将所述石墨垫片紧贴在所述压力膜盒的测压面上；所述压力膜盒的测压面、石墨垫片以及法兰三者之间形成密闭空间，所述密闭空间与所述法兰的螺纹通孔接通。

一种采用上述任意一种充压测试系统进行充压测试的方法，包括以下步骤：

第一步：测试系统装置连接；所述压力源、缓冲罐、压力膜盒通过管路相互连接，压力膜盒与压力变送器通过毛细管连接；

第二步：分梯次充压操作；通过所述缓冲罐对所述压力膜盒和所述毛细管进行分梯次充压操作，直至所述压力膜盒或所述毛细管的内部气体压力达到设计压力值；

第三步：进行密封性检测；对所述压力检测装置中各连接处以及所述毛细管自身进行密封性检测；

第四步：分梯次释压操作；通过所述缓冲罐对所述压力膜盒和所述毛细管的内部气体进行分梯次释压操作，直至所述压力膜盒和所述毛细管的内部气体压力完成释放；

第五步：测试系统拆除，完成测试操作。

优选的，所述分梯次充压操作包括以下过程：

首先，由所述压力源向所述缓冲罐内充入第一梯次压力的气体，其中第一梯次的压力值为一个不大于所述压力膜盒内部和测压面之间气体压力差设计允许值的压力值；

其次，将所述缓冲罐内的压力气体充入所述压力膜盒和所述毛细管的内部以及测压面处的密闭空间内，其中，在充入过程中将所述压力膜盒内部和测压面之间的气体压力差控制在设计允许范围内；

然后，重复第一梯次的充压操作，直至所述压力膜盒或所述毛细管的内部气体压力达到设计要求值；其中后一梯次充入的气体压力值为前一梯次充入气体压力值加上一个不大于所述压力膜盒内部和测压面之间气体压力差设计允许值的压力值。

优选的，所述分梯次释压操作包括以下过程：

首先，将所述缓冲罐内的气体压力值调为第一梯次的释压值，其中第一梯次的释压值为所述压力膜盒的内部气体压力值减去一个不大于所述压力膜盒内部和测压面之间气体压力差设计允许值的压力值；

其次，将所述压力膜盒内部和所述毛细管内部以及测压面处的密闭空间内的压力气体释放至所述缓冲罐内，其中，在释放过程中将所述压力膜盒内部和测压面之间的气体压力差控制在设计允许范围内；

然后，重复第一梯次的释压操作，直至所述压力膜盒和所述毛细管的内部气体压力完全释放；其中后一梯次的释压值为前一梯次的释压值减去一个不大于所述压力膜盒内部和测压面之间气体压力差设计允许值的压力值。

优选的，进行密封性检测时，如果密封性不达标，首先对所述压力膜盒和毛细管的内部气体进行分梯次释压后，再进行密封性问题解决。

采用本发明的充压测试系统及方法，对AP1000核电站安全壳内压力检测装置进行安装前的充压测试，具有以下有益效果：

1、本发明的充压测试系统，通过在压力源和待测试的压力检测装置之间设置缓冲罐，对充入压力检测装置的高压气体进行预缓冲操作，从而实现对充入压力监测装置内部的气体压力进行精确控制。这样避免了高压气体对压力膜盒和毛细管的直接冲击，达到对压力监测装置中压力膜盒和毛细管的保护。

2、本发明的充压测试系统，通过在缓冲罐的出口端设置三通，将压力检测装置中压力膜盒的内部和压力膜盒的测压面接通，并与缓冲罐的出口端连接。这样通过缓冲罐和三通的配合，不仅可以提高对压力检测装置充压和释压的稳定性，而且通过同时对压力膜盒的内部和测压面进行充压和释压，即对膜盒内膜片两侧同时进行充压和释压，达到对膜片两侧气压变化的平衡，减小在气体压力变化过程中膜片的变形量，实现对压力膜盒的保护。

3、在本发明的充压测试方法中，通过采用分梯次的充压和分梯次的释压操作对压力检测装置进行充压和释压，避免压力膜盒和毛细管内部出现气体压力的骤变。而且通过将每一梯次操作中气体压力值的变化量控制在压力膜盒中膜片两侧压力差允许的范围内，这样可以避免出现操作失误时，对压力膜盒造成破坏的问题。

附图说明

图1为常规核电站安全壳内压力检测装置的结构示意图；

图2为AP1000核电站安全壳内压力检测装置的结构示意图；

图3为本发明对AP1000核电站安全壳内压力检测装置进行充压测试时的测试系统原理图；

图4为在本发明测试系统中，压力膜盒与固定组件的连接示意图；

图5为本发明对AP1000核电站安全壳内压力检测装置进行充压测试时的测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中的技术方案进行详细介绍。

结合图3所示，该充压测试系统3包括压力源31和缓冲罐32。压力源31的出口端与缓冲罐32的入口端连接，缓冲罐32的出口端与待测试压力检测装置2中的压力膜盒21连接。其中，在缓冲罐32的出口端设有三通33，三通33的第一端口与缓冲罐32的出口端连接，第二端口与压力膜盒21的测压面连接，第三端口与压力膜盒21的注油口连接。压力膜盒21的连接口通过毛细管22与压力变送器12连接，并且压力膜盒21的注油口与连接口在压力膜盒21的内部相互连通，压力膜盒21的内部与毛细管22的内部连通。其中，在本发明中压力源31选用氮气瓶，同样可以选用其他气体压力源，例如空气压缩机。

此外，在缓冲罐32上设有压力表34，用于监测缓冲罐32内的气体压力变化；在压力膜盒21的注油口设有压力表35，用于监测压力膜盒21注油口处以及压力膜盒21内部和毛细管22内部的气体压力变化；在压力膜盒21的测压面处设有压力表36，用于监测压力膜盒21测压面处的压力变化。

根据压力检测装置2中压力膜盒21和毛细管22的设计和选用规格，在本发明中，压力表选用量程为4MPa，精度等级为0.01％的高精度数字压力表。这样不仅可以满足对毛细管22的管壁设计耐压值2.48MPa的测量，而且可以对气压在30±3KPa内的变化进行准确测量。

优选的，在缓冲罐32的进口端设有第一截止阀37，用于控制气体由压力源31进入缓冲罐32的速度。在缓冲罐32的出口端设有第二截止阀38，且第二截止阀38位于三通33的上游位置，用于控制缓冲罐32的内部气体输出速度，即控制气体进入压力膜盒21的速度。在缓冲罐32的排气口设有第三截止阀39，用于对缓冲罐32内的气体进行释放操作，从而配合第一截止阀37实现对缓冲罐32内的气体压力进行控制。

结合图4所示，该冲压测试系统3还包括固定组件4，用于安装和固定压力膜盒21。固定组件4包括安装板41，石墨垫片42以及法兰43。其中，石墨垫片42为环形结构，中间设有通孔。法兰43中间设有轴向的螺纹通孔，该螺纹通孔通过接头和管路与三通33的第二端口连接。压力膜盒21位于安装板41和石墨垫片42之间，其中压力膜盒21的背面贴靠在安装板41的表面上，压力膜盒21的测压面与石墨垫片42接触，并通过法兰43将石墨垫片42紧贴在压力膜盒22的测压面上。安装板41、石墨垫片42和法兰43三者之间通过螺栓组件44进行连接，并对压力膜盒21进行夹紧固定。此时，在压力膜盒21的测压面，石墨垫片42的通孔以及法兰43三者之间形成一个密闭空间45。该密闭空间45通过法兰43上的螺纹通孔与三通33连接，从而可以将缓冲罐32内的压力气体作用在压力膜盒21的测压面上。

结合图3、图4和图5所示，采用本发明的充压测试系统3，对AP1000核电站安全壳内的压力检测装置2进行安装前的充压测试步骤如下：

第一步：测试系统连接。通过管路将压力源31、缓冲罐32以及压力膜盒21连接，通过毛细管22将压力膜盒21和压力变送器12连接。

第二步：分梯次进行充压操作。其中，第一梯次的充压操作过程为：

首先，关闭第二截止阀38和第三截止阀39，开启第一截止阀37，将压力源31内的高压气体引入缓冲罐32内。其中，通过控制第一截止阀37的开启量，控制缓冲罐32内气体的充入速度和压力。同时，观察压力表34，将缓冲罐32内的气体压力值控制在30KPa。在此过程中，通过对第一截止阀37和第三截止阀39的开启和关闭操作，使缓冲罐32内的气体压力最终达到和稳定在30KPa。其中，在本发明中，将每一梯次的气体压力变化值设定为30KPa，既可以避免超出压力膜盒21中膜片两侧允许的压力差值34.5KPa，也可以加快充压速度，提高充压测试的效率。

其次，关闭第一截止阀37和第三截止阀39，开启第二截止阀38，将缓冲罐32内的高压气体输出至压力膜盒21和毛细管22的内部以及密闭空间45内。其中，通过控制第二截止阀38的开启量，将该过程中第二压力表35和第三压力表36之间的压力差值控制在30KPa以内。待第二压力表35和第三压力表36的压力值相等且稳定后，关闭第二截止阀38，从而完成第一梯次的充压操作。

然后，重复第一梯次的充压操作，直至压力膜盒21和毛细管22的内部气体压力达到毛细管22管壁设计承受压力值2.48MPa，即第二压力表35和第三压力表36的压力值达到2.48MPa。其中，在后一梯次的充压操作中，充入缓冲罐32的气体压力值为前一梯次充入气体的压力值加上30KPa。

第三步：进行密封性检测。对毛细管22与压力膜盒21和压力变送器12的连接处，以及毛细管22自身是否存在泄漏进行检测。如果存在泄露，将泄露问题解决后，重复第二步操作，对压力检测装置2重新进行密封性检测，直至符合密封性测试要求。

第四步：分梯次进行释压操作。其中，第一梯次的释压操作过程为：

首先，关闭第二截止阀38，调整第一截止阀37和第三截止阀39的开启量，将缓冲罐32内的气体压力调整至2.45MPa。

其次，关闭第一截止阀37和第三截止阀39，开启第二截止阀38，将压力膜盒21和毛细管22内的高压气体(2.48MPa)释放至缓冲罐32内。其中，通过调整第二截止阀38的开启量，控制压力膜盒21和毛细管22内气体的释放速度，将第二压力表35和第三压力表36之间的压力差值控制在30KPa以内。待第一压力表34、第二压力表35和第三压力表36三者的压力值相等且稳定后，关闭第二截止阀38，完成第一梯次的压力释放操作。

然后，重复第一梯次的释压操作，直至压力膜盒21和毛细管22的内部气体压力释放完毕。其中，在后一梯次的释压操作中，缓冲罐32内的气体压力值为前一梯次释压完成后的气体压力值减去30KPa。

第五步：测试系统拆除，完成对AP1000核电站安全壳内压力检测装置2的充压测试。

其中，在第三步对压力检测装置2进行密封性检测时，如果密封性检测不达标，进行泄漏问题解决前需要首先对压力膜盒21和毛细管22内的气压完全释放，具体操作方法参考为第四步中的分梯次释压操作。