淺談縮短核電站安全殼打壓試驗時間的可行性

韓正　王雷　梁斌

【摘 要】在核電站10年大修期間需要實施安全殼打壓試驗以驗證安全殼滿足設計各項要求，由于試驗項目的特殊性，其工期占用大修關鍵路徑時間較長，如縮短試驗工期將能大大提高機組的經濟性。本文設想使用成熟的新技術改進安全殼打壓試驗，縮短試驗時間。

【關鍵詞】安全殼；打壓；新技術；工期

0 前言

安全殼由一個豎向預應力混凝土圓柱殼組成，其底部用鋼筋混凝土板封閉，頂部則由橢球形預應力混凝土穹頂封閉，構成內側完全由密封的鋼襯覆蓋的構筑物。安全殼是核電站的第3道屏障，其設計能承受設計基準事故所引起的機械應力和熱應力，在設計基準事故工況下的溫度和壓力條件下提供良好的密封性能。

安全殼打壓試驗是用干空氣以一定的速率把安全殼充壓至設計壓力，模擬事故情況下的安全殼內狀態，完成一些列試驗后按一定速率卸壓。在充壓、卸壓的各個壓力平臺對安全殼進行強度檢查及變形檢查，以驗證其機械性能；在設計壓力平臺進行泄漏率測量，以驗證其密封性能。

安全殼打壓試驗的特殊性導致無法與核島的其他工作同時開展，其占有10年大修的大約15%的主線時間，其中前期系統準備約70h，實施約128h，系統恢復約46h，對大修工期有著很大的影響。

為了縮短大修工期，提高機組的經濟能力，本文著重探討和介紹如何應用最新技術或者改進縮短商運后安全殼打壓試驗實施的工期。

1 試驗分析

安全殼打壓試驗準備期間必須對安全殼內的所有系統設備進行排水、對空和閥門開關等試驗狀態設置，恢復期間將它們設置到正常狀態。這兩部分工期通過電站的多次大修經驗優化已很難進一步優化。

而在安全殼打壓試驗實施階段，部分試驗的方法及工具等均采用20世紀80年代的技術，具有很大的改進空間。其目前實施期間的基本的試驗和所需時間見圖1：

由此可見，試驗實施時間主要受制于兩個方面：壓力平臺時間和充卸壓速率。

2 壓力平臺時間

2.1 安全殼儀表系統（EAU系統）

目前在安全殼打壓試驗期間需要在每個平臺進行EAU試驗，采集各壓力平臺的安全殼變形數據。每次大約占有時間1-2小時。

其各平臺數據采集用于評價安全殼的彈性變形與計算結果相符合，在各個壓力等級下變化成線性可逆關系。

目前新建電站的EAU系統相對于舊電站的儀表均有所改進，均可以采用特殊的測量儀器進行數字化采集。如果對其系統進行升級，增加自動化采集系統，實現實時采集，更能夠很好的判斷彈性變形與壓力的關系。

自動化采集基本上在其它行業中已經有了較為成熟的經驗[1-3]。直接對安全殼打壓試驗整個實施期間進行數據采集，可減少打壓試驗試驗壓力平臺，縮短工期。

2.2 核島-12.5m環廊的地形測量

RX-12.5m環廊的沉降變形在各個壓力平臺均有測量，與EAU系統測量同時進行。使用數字化水準儀測量環廊12個監測點相對于基準點的沉降，每次測量大約兩小時。

在對其他工業的類似測量中，可以臨時架構出遠程無線遙控測量機器人變形監測系統[4]，對安全殼打壓試驗期間的-12.5m環廊沉降進行實時或者固定周期進行測量。

總體來說通過對EAU系統升級和增加臨時監測系統，達到減少壓力平臺，直接充壓到目標壓力平臺，縮短安全殼打壓試驗實施工期的目的。

2.3 泄漏率試驗

安全殼密封試驗時壓力的變化，主要是由泄漏引起的，但是空氣滲入現象也不可忽視。所謂空氣滲入現象是指在加壓時部分空氣進入安全殼內混凝土和保溫層等的孔隙中。經驗表明，在壓力升高和降低的過程中，空氣在材料上的吸附和解吸的中間現象會改變泄漏率[5]，需要等待狀態趨于穩定才能測量出準確的泄漏率。

在安全殼試驗的開始階段，還有空氣濕度和溫度的不穩定因素，因此，顯示出的泄漏率也不穩定（往往偏高）。要求在正式開始試驗前應有一段穩定的時間。

圖2為某電站的安全殼設計壓力平臺的24小時的質量變化趨勢和泄漏率變化趨勢（紫色部分為前16小時變化趨勢，藍色部分為16-24小時變化趨勢）。

結合多個電站的數據對比可以初步得出在正常試驗情況下，10小時后安全殼內空氣已經穩定，泄漏率趨于穩定。為保守測量，并考慮其他試驗的工期，可以將設計壓力的泄漏率測量時間減少至16h，縮短8h工期。

2.4 外觀檢查

在安全殼設計壓力平臺，需要外觀檢查安全殼混凝土的裂縫有無發生變化或者出現新的裂縫，以便與試驗前后進行對比分析。

從原始的搭設腳手架通過人工近距離目視檢查的模式，到目前的不可到達區域使用遠距離遙控照相和房間區域使用人工近距離目視檢查相結合的模式，均需要在白天進行、測量精度較低、誤差較大并且受天氣影響較大。

傳統的混凝土損傷識別方法難以反映混凝土的損傷具體狀態，目前的無損檢測技術方法是可以獲得混凝土真實損傷。無損檢測技術方法主要有超聲波法、紅外熱成像法、雷達法、聲發射法、沖擊回波法以及電阻率測量法等等。[6]其中部分方法已經在大型建筑物中有所使用。

結合其他工業上應用經驗研究適合安全殼打壓試驗的檢測方式，可以提高檢測精度，消除天氣影響，避免僅能白天進行測量的限制，并提高工作效率。

另外，可通過技術改進保證設備安全和進行泄漏監測，取消1bar.g聽音檢查；或者增加部分承壓的持續監測設備來保證核島內相關系統的安全，從而節約工期。

3 充卸壓速率

部分核電站是按照150hpa/h對安全殼進行充壓，到達設計壓力大概需要30h。提供充壓速率能夠大大縮減試驗時間。提高充壓需要考慮到充壓的空壓機的能力、單個沖壓點的能力、在高充壓速率情況下核島容器內外差壓的影響及對鋼內襯和混凝土結構的影響等等方面。提高充壓速率可以從提高流速和增加充壓點來實施。

部分核電站是按照140hpa/h對安全殼進行卸壓，大概需32h。對其速率提高需要考慮電站風機的能力、對鋼內襯鼓包的影響、對容器的影響和對安全殼結構的影響等等。

目前，國內還沒有相關機構或單位開展這方面的研究，而法國同類型電站的在實際試驗中已經提高了充卸壓速率，可以節省了大量工期。

4 改進方向

綜合其他行業和國外同行業的經驗來看，可以從下面五大方面進行改進，提高試驗效率，縮短試驗工期：

（1）改進EAU系統和地形測量系統，增加自動化采集，減少試驗平臺；

（2）改進泄漏率計算方法，減少泄漏率試驗平臺時間；

（3）改進外觀檢查技術，優化試驗平臺時間；

（4）增大沖卸壓速率，減少沖卸壓時間；

（5）持續在線監測設備，優化部分試驗項目，減少平臺時間。

5 結束語

隨著科技的發展，研究的深入，將部分成熟的技術運用于核電站安全殼打壓試驗中，必將在核安全的基礎上，減少試驗的工期，提高電站的經濟性。

【參考文獻】

[1]亓躍峰，畢衛紅，盧輝斌.大型橋梁分布式健康監測系統設計[Z].計算機測量與控制，2004.12.

[2]葉安洪.東江拱壩垂線自動監測系統改造實踐及成果分析[Z].水電自動化及大壩監測，2004.2.

[3]李勤奮，沈雪興.上海市地面沉降自動化監測及信息管理系統[J].上海地質，2000（3）.

[4]裴運軍.測量機器人在地鐵隧道自動化變形監測中的應用[J].湖南水利水電，2011（6）.

[5]江邦治.反應堆安全殼密封（泄漏）試驗的原理與分析方法[J].核動力工程， 1990.2.

[6]鄧安仲，趙啟林.混凝土裂縫紅外熱成像分布式監測技術研究[J].建筑材料學報，2013.4.

[責任編輯：王楠]