淺談CPR1000新建機(jī)組安全殼日常泄漏率異常頻發(fā)原因及預(yù)防措施

梁斌　王雷　韓正

【摘 要】安全殼作為核電站第三道安全屏障，其密封性在事故工況和日常運(yùn)行期間都必須得到保證，以包容放射性物質(zhì)，達(dá)到保護(hù)公眾和環(huán)境的目的。近年來國內(nèi)新建CPR1000機(jī)組在首次臨界后發(fā)生了幾起安全殼日常泄漏率超過或接近第一安全限值的異常情況，本文主要分析CPR1000新建機(jī)組安全殼日常泄漏率異常頻發(fā)的原因及預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】安全殼；泄漏率；CPR1000新建機(jī)

0 背景

CPR1000機(jī)組的安全殼是一個(gè)外徑38.8m，高56.68m，壁厚約0.9m，自由體積49400m3內(nèi)附鋼內(nèi)襯的圓柱形預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)筑物，其筒體上開有幾百個(gè)供流體、信號(hào)、電源傳輸?shù)呢灤┘?，機(jī)組建設(shè)期間通過安全殼試驗(yàn)（CTT），驗(yàn)證安全殼在LOCA工況下能夠包容放射性物質(zhì)。機(jī)組啟動(dòng)后，通過安全殼日常泄漏率在線監(jiān)測系統(tǒng)，每日監(jiān)測安全殼的泄漏率，保證運(yùn)行期間放射性物質(zhì)對環(huán)境的釋放在允許范圍內(nèi)。

1）安全殼日常泄漏率監(jiān)測原理

CPR1000機(jī)組正常運(yùn)行期間安全殼內(nèi)部壓力在-40-+60mbar.g之間循環(huán)，安全殼日常泄漏率是監(jiān)測安全殼在60mbar.a時(shí)對環(huán)境的釋放泄漏率。因安全殼內(nèi)的壓力是一個(gè)循環(huán)過程，所以通過監(jiān)測安全殼每日對應(yīng)壓差△P下的泄漏率QId，然后換算到60mbar.a的泄漏率QI60。

2）泄漏限值要求

核電站運(yùn)行技術(shù)規(guī)范對安全殼日常泄漏率有兩個(gè)限制，第一限值為5Nm3/h，第二限值為10Nm3/h，具體的要求為：

QI60≤5Nm3/h，正常運(yùn)行；

5Nm3/h

QI60≥10Nm3/h時(shí)，后撤時(shí)間只有3天。

1 影響安全殼日常泄漏率的因素

1.1 機(jī)械貫穿件隔離閥的密封性

CPR1000機(jī)組約有84組機(jī)械貫穿件隔離閥需進(jìn)行密封性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果直接影響安全殼的日常泄漏率。

1.2 B類貫穿件的密封性

B類貫穿件主要包括電氣貫穿件、人員閘門、設(shè)備閘門、燃料傳輸通道。這部分設(shè)備的等效直徑大，且通過軟質(zhì)密封圈密封，經(jīng)常開關(guān)導(dǎo)致密封圈磨損后會(huì)發(fā)生泄漏。

1.3 正常運(yùn)行期間常開隔離閥所在系統(tǒng)功能完整性

機(jī)組正常運(yùn)行期間貫穿件隔離閥為開狀態(tài)的系統(tǒng)在安全殼內(nèi)大氣和殼外大氣的隔離功能是否完整，對安全殼的泄漏率有影響。

2 新建機(jī)組存在的問題

2.1 建設(shè)周期長

新建機(jī)組貫穿件隔離閥密封性調(diào)試試驗(yàn)從冷試前開始到CTT前完成，持續(xù)5個(gè)月左右，第1個(gè)貫穿件試驗(yàn)完成到機(jī)組裝料間隔約10個(gè)月時(shí)間，期間隔離閥所在系統(tǒng)并非一直處于運(yùn)行狀態(tài)，閥門密封性能會(huì)發(fā)生改變（圖1）。

2.2 施工環(huán)境差

工程建設(shè)期間，RX廠房內(nèi)存在大量打磨切割作業(yè)，產(chǎn)生大量的煙塵，建設(shè)期間遺留的建筑灰塵，雖在CTT前進(jìn)行工業(yè)清潔，但仍遺留少量灰塵，CTT排氣階段以及機(jī)組建設(shè)后期RX廠房通風(fēng)投運(yùn)后，灰塵會(huì)隨空氣進(jìn)入通風(fēng)系統(tǒng)，對通風(fēng)系統(tǒng)的貫穿件隔離閥密封面產(chǎn)生影響。

目前，國內(nèi)核電站基本建在沿海，濕度大，尤其在RX廠房通風(fēng)不可用階段，極易導(dǎo)致部分碳鋼管道腐蝕生銹，影響隔離閥門密封性。

2.3 設(shè)備缺陷多

閥門檢修：在CTT后到機(jī)組裝料的4個(gè)月時(shí)間內(nèi)，陸續(xù)有隔離閥進(jìn)行解體檢修，如不進(jìn)行密封性再鑒定，將存在泄漏率超標(biāo)的較大隱患。

系統(tǒng)故障：部分運(yùn)行期間安全殼隔離閥為開的系統(tǒng)，由于個(gè)別閥門或系統(tǒng)連接件的密封性能下降，導(dǎo)致RX廠房內(nèi)氣體與環(huán)境相通。

3 預(yù)防措施

通過對近年新建機(jī)組安全殼日常泄漏率異常事件的原因分析，總結(jié)出幾項(xiàng)預(yù)防措施，并在2臺(tái)新建機(jī)組上實(shí)施，效果良好，可供同行從業(yè)人員參考執(zhí)行。

3.1 安全殼隔離閥密封性再鑒定

3.1.1 檢修安全殼隔離閥密封性再鑒定

工程建設(shè)期間，CTT后由于安全殼隔離閥故障等原因，導(dǎo)致閥門檢修，準(zhǔn)確梳理隔離閥檢修清單，及時(shí)評價(jià)密封性試驗(yàn)必要性及實(shí)施密封性再鑒定試驗(yàn)尤為重要。

建議在CTT后可召集工程調(diào)試、安裝、計(jì)劃以及電廠維修、計(jì)劃進(jìn)行討論，確定CTT后閥門維修信息的通報(bào)規(guī)則，由電廠維修、技術(shù)專業(yè)評價(jià)閥門密封性再鑒定的必要性，在裝料前按照調(diào)試驗(yàn)收準(zhǔn)則完成所有需密封性試驗(yàn)的隔離閥再鑒定工作。

3.1.2 大管徑貫穿件隔離閥密封性再驗(yàn)證

可在裝料前針對是管徑較大的通風(fēng)系統(tǒng)貫穿件，以及閥門結(jié)構(gòu)特殊對介質(zhì)（如灰塵）的敏感度較高的隔離閥進(jìn)行密封性再鑒定試驗(yàn)。通過在兩臺(tái)新機(jī)組的幾次試驗(yàn)，均發(fā)現(xiàn)部分閥門存在泄漏率超標(biāo)情況。

3.2 裝料后B類貫穿件密封性試驗(yàn)

由于機(jī)組裝料會(huì)打開燃料傳輸通道運(yùn)輸燃料，以及打開設(shè)備艙門運(yùn)輸大型設(shè)備，在燃料傳輸通道和設(shè)備艙最終關(guān)閉后需重新進(jìn)行密封性試驗(yàn)。

因裝料到機(jī)組臨界，0/8米人員閘門都處于經(jīng)常動(dòng)作的狀態(tài)，其密封圈可能會(huì)受到磨損，在機(jī)組離開MCS（冷停堆維修模式）前，應(yīng)完成0/8米人員閘門的密封性試驗(yàn)。

3.3 泄漏率監(jiān)測與預(yù)判，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理

3.3.1 安全殼內(nèi)的壓力監(jiān)測

新建機(jī)組首次臨界后啟動(dòng)安全殼日常泄漏率監(jiān)測系統(tǒng)，因泄漏率監(jiān)測系統(tǒng)需至少5日進(jìn)行初始化后才能計(jì)算出第1個(gè)安全殼泄漏率值，故需要每日監(jiān)測安全殼壓力上漲情況。

如安全殼壓力連續(xù)2日不上升，則需立即進(jìn)行泄漏查找。

若安全殼壓力上升，根據(jù)理想氣態(tài)方程和質(zhì)量守恒，將進(jìn)入RX廠房的壓縮空氣流量QSAR，換算成安全殼內(nèi)部壓力變化數(shù)值，與對應(yīng)時(shí)間內(nèi)的安全殼內(nèi)實(shí)際壓力變化進(jìn)行比較，同時(shí)也可結(jié)合當(dāng)日QId，進(jìn)行綜合判斷。

計(jì)算過程如下：

對QSAR使用理想氣態(tài)方程P0V0=mRT0

對安全殼內(nèi)的氣體變化使用理想氣態(tài)方程？駐PLVL=？駐mRTL

假設(shè)安全殼不泄漏，QSAR進(jìn)入RX廠房的氣體質(zhì)量與安全殼內(nèi)氣體質(zhì)量變化相等，即m=？駐m，令V0=QSAR·t，則上述兩式聯(lián)解：

其中：

PL為安全殼內(nèi)由于SAR進(jìn)入導(dǎo)致的壓力上升；

P0為SAR氣體對應(yīng)的壓力101325Pa；

T0為SAR氣體對應(yīng)的溫度273K；

TL為t對應(yīng)的安全殼內(nèi)的平均溫度；

VL為安全殼內(nèi)部自由體積；

t為時(shí)間。

3.3.2 泄漏率預(yù)判

通過分析安全殼日常泄漏率在線監(jiān)測系統(tǒng)在機(jī)組臨界后前3-4日的半小時(shí)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，剔除異常數(shù)據(jù)，根據(jù)每日的（QId，△P）初步計(jì)算QI60，如已大于5Nm3/h，應(yīng)做進(jìn)一步詳細(xì)分析確認(rèn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]RCC-G 86版[Z].

[2]內(nèi)部文件：機(jī)組運(yùn)行技術(shù)規(guī)范[S].

[責(zé)任編輯：王楠]