低溫對壓水堆核電廠安全殼泄漏率測量的影響分析

李少純，趙健

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

低溫對壓水堆核電廠安全殼泄漏率測量的影響分析

李少純，趙健

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

溫度是壓水堆核電廠安全殼泄漏率測量與計算的重要參數。在進行安全殼泄漏率測量時，若殼內溫度梯度過大，可能導致泄漏率不確定度計算不收斂，無法得到正確結果。溫度過低也可能導致核島內空氣結露，影響儀表及泄漏率計算。通過分析過往試驗的數據，確定低溫如何影響泄漏率結果，并根據分析結果優化試驗條件，降低試驗風險。

安全殼試驗；低溫；泄漏率

1 安全殼泄漏率計算簡述

壓水堆核電廠安全殼泄漏率計算基于絕對法，即計算安全殼內干空氣質量的變化來推導泄漏率。

該計算公式如下：

式中，M——安全殼內干空氣的質量；

P——安全殼內的絕對壓力；

H——安全殼內的水蒸氣分壓；

V——安全殼的自由容積；

R——干空氣的理想氣體常數：R=287.14J/kg·K；

T——安全殼內平均溫度(K)。

對公式(1)進行數學變換，相對氣體質量變換的表達式為：

2 溫度梯度對于泄漏率不確定度計算的影響

2.1 泄漏率不確定度計算

安全殼泄漏率不確定是安全殼泄漏率試驗結果的最重要組成部分，它表征的是安全殼泄漏率測量結果的可信度，并且與泄漏率的收斂有關系，一般情況下，未收斂的工況其不確定度值偏大。

泄漏率不確定度的計算首先要確定各分量（溫度、濕度、壓力）不確定度，根據各分量計算合成標準不確定度，最終根據包含因子確定擴展不確定度。計算合成標準不確定度，首先要確定幾個不確定度的分量為無關分量，如果有相關的量，應將相關量繼續分拆為無關量，所以原則是避開相關，化為無關。

如果各分量之間為相加減關系，則合成標準不確定度為：

在合成標準不確定度確定以后，根據擴展因子k的值確定最終的擴展不確定度：

2.2 溫度不確定度分量

不確定度可以分為A類不確定度及B類不確定度。A類不確定度是針對重復測量得到的結果，運用統計學方法進行計算得到的不確定度分量。B類不確定度主要是用非統計方法對不確定度進行計算得到的分量，主要來源一般有：

（1）經驗數據；

（2）對測量儀器特性的了解；

（3）校準證書、檢定證書等文件提供的數據、準確度的等級；

（4）資料給出的參考數據及其不確定度；

（5）規定實驗方法的國際標準中給出的數據。

溫度分量的A類不確定度由以下公式確定：

式中：Vi——與第i個探頭所占的體積單元；

V——安全殼內的總體積；

PiT——第i個探頭的溫度變化梯度；

平均溫度變化梯度為：

溫度分量的B類不確定度主要來自于儀表的校準不確定度，對于CPR1000所采用的PT100，其溫度校準參數為0.2%，因此可以得到校準不確定度：

由上述兩個公式（6）與公式（7）可以得出，溫度的不確定度Ut1和Ut2均與溫度的變化率有直接關系。

2.3 溫度不確定度分量所占比例

根據北方寒冷地區某核電廠A，南方地區某核電廠B、C的安全殼打壓的數據，將溫度不確定度分量占整體不確定度的比例進行對比分析，分別選取電站A上升階段4.2bar、電站A下降階段4.2bar、電站B上升階段4.2bar、電站C上升階段4.2bar進行對比。

圖1 電站A上升階段溫度不確定度分量比例

圖2 電站A下降階段溫度不確定度分量比例

圖3 電站B上升階段溫度不確定度分量比例

上述4張圖標的數據均是由同一設備進行采集和計算得到的，從圖中明顯看出，電站A無論是上升階段還是下降階段，其溫度不確定度分量所占的比例一直維持在50%以上，而電站B溫度不確定度分量比例在穩定階段只占整體不確定度分量的10%左右，電站C溫度不確定分量的比例大約維持在10%～30%之間。

圖4 電站C上升階段溫度不確定度分量比例

2.4 溫度對不確定度影響分析

結合各安全殼試驗的時間、環境溫度以及島內的平均溫度列出結果表格如下。

表1 溫度不確定度比例結果分析表格

從表1中可以看出，島內溫度與環境溫度的差值導致了泄漏率測量過程中的溫度梯度變化，并直接影響了溫度不確定度在整體不確定度中的比例。因此在寒冷的天氣條件下進行安全殼試驗，由于核島的廠房與空壓機對氣體壓縮加熱的共同結果，必然導致島內溫度遠高于環境溫度，造成的影響是溫度不確定度一直偏大，對于泄漏率結果的收斂有直接影響。

3 溫度低導致結露

根據泄漏率計算公式（2）可知，如果島內的空氣相對濕度過大，使空氣飽和后結露，則直接導致泄漏率計算結果不正確。

根據露點的計算公式：

式中，Pv：蒸氣分壓。

當Pv＞611.2Pa時，b1=-35.975，b2=-1.8726，b3=1.1689。

電站A在北方寒冷地區，安全殼試驗期間4.2bar壓力平臺蒸氣分壓大約為800～850Pa，計算得到相應的露點溫度為3.73～4.57℃，而實際島內的溫度為11℃左右，兩者的差值很小，如果充入核島內的空氣品質惡化，濕度增加或者溫度下降，有可能導致空氣飽和而結露，造成泄漏率計算結果錯誤。

4 結論及應對措施

根據上述兩部分內容的分析，可以得到在低溫寒冷的條件下進行安全殼打壓試驗，由于空壓機的壓縮加熱作用必然導致安全殼內外溫差大，并引起溫度梯度變化，溫度不確定度成為整體不確定度的主要部分，對于泄漏率結果的收斂有直接影響；在低溫寒冷條件下進行安全殼試驗，由于核島內空氣溫度較低，可能產生結露現象，結露后會導致泄漏率計算不正確，并且影響后續濕度計的讀數。因此低溫寒冷地區進行安全殼試驗，需對充入核島內的壓縮空氣品質嚴格要求，保證其露點溫度遠低于核島大氣的溫度；充卸壓過程盡量保持平穩緩慢，盡量使充入核島內的空氣溫度接近核島內的溫度，在必要時需在安全殼打壓試驗前通過空壓機對核島內的空氣進行換氣操作，降低核島內的溫度梯度，從而降低溫度不確定度對于泄漏率的影響。

TL48

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：1671-0711（2017）09（下）-0086-03