900MW壓水堆核電廠RIC中子測量系統密封段泄漏報警原因分析

唐興江+姜磊+潘瑞堂

【摘 要】某核電廠在日常運行過程中，多次閃發RIC密封段泄漏探頭報警，影響機組的安全穩定運行。論文通過分析報警產生的原理，提出相應的處理措施，對核電站的長期安全運行有積極作用。

【Abstract】During the daily operation in a nuclear power plant， the RIC nozzle alarm appears repeatedly， which imperils the plants safe and stable operation greatly. In this paper， by analyzing the principle of alarm， paper puts forward the corresponding measures. This has a positive effect on the long-term safe operation of nuclear power plants

【關鍵詞】核電廠；報警；原因分析

【Keywords】nuclear power plant； alarm； cause analysis

【中圖分類號】TL362 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）10-0173-02

1 背景介紹

1.1 RIC中子測量系統介紹

RIC中子測量系統的主要作用是提供堆芯中子通量分布圖，同時在不同的反應堆功率平臺下，檢查堆芯功率分布是否與所期望的相符、監測燃料組件的燃耗、校準堆外核儀表、探測堆芯是否偏離正常運行等功能。

此系統通過計算機發出命令，控制就地的機械設備來驅動中子測量探頭進入不同的測量通道，實現堆芯內部中子劑量率的采集，采集的數據存儲在本地計算機上，進行處理后得到堆芯的中子劑量率分布圖。

測量通道通過密封組件、導向管進入到反應堆壓力容器，從而使探頭能進入堆芯進行準確測量。其中，密封組件主要作用是防止測量通道外的高壓一回路冷卻劑泄漏，是一種特殊形式的密封圈保證導向管與測量通道之間而可靠的靜態和動態條件下的密封，在兩道密封之間裝有泄漏探測系統。

1.2 泄漏探測系統原理介紹

RIC中子測量系統上位機將220VAC轉為48VDC后，作為泄漏探測系統的電源。此外，泄漏探頭的芯和外殼分別作為正負極，兩極之間使用塑料絕緣材質隔離，當探頭測量腔室內存在足夠多的水后，則會導致兩極之間阻抗降低。系統通過監測電阻信號變化來判斷密封組件是否存在泄漏。

2 故障實例

某核電廠首輪大修期間，在一回路超壓實驗中，出現多個密封段泄漏探頭報警，且部分報警分為閃發和持續報警兩種狀態，人員現場確認發現，報警持續存在的密封組件處的泄漏率約為2滴/30s，其余的密封組件未發現明顯異常。

實驗結束后，檢修人員拆下密封段泄露探頭，發現探頭表面及測量腔室內存在較多的水跡和紅褐色沉淀物，通過擦拭清潔及干燥處理后，報警消除。

3 故障原因分析

3.1 報警產生機理

如圖1所示，探頭中心的芯作為正極，外殼作為負極，兩者之間通過塑料絕緣體進行絕緣，探頭下方為供電電纜。當探頭腔室內存在水將兩極導通后，使得48V電回路導通，從而觸發報警。

3.2 水來源分析

3.2.1 凝結水

當環境溫度變化，空氣的冷凝水會產生凝結，從而形成水滴落在探頭表面，如果測量腔室內的空氣濕度過大，很可能形成水滴導致出現泄漏報警，下面對這種可能性進行分析：

通過測量密封組件測量腔室的內部結構發現，測量腔室長約30mm，直徑為10.2mm，其中，穿過密封組件內部的測量通道外徑為8.6mm。因此，探頭測量腔室實際為環狀的圓柱體，通過計算公式可以大致算出腔室空間V：

V=π*5.12*30-π*4.32*30≈708.384mm3

①空氣中水的含量與溫度及濕度有關，當空氣溫度為25℃，濕度為100%時，空氣中水含量約為20g/m3，水的含量與空氣溫度及濕度的大小成正比。

②以25℃，100%濕度為例，可計算出此空間內的空氣水含量為：

20*708.384*10-9=1.417668*10-5（g）=1.417668*10-5（ml）

③實際環境溫度可以通過監測可以看到約為20℃，實際濕度也低于100%，那么空氣中的含水量也遠低于此計算值，現實中也不會出現空氣中水完全冷凝的情況。

④在實驗室使用純凈水進行泄漏報警實驗，模擬報警持續約12小時后，停止實驗，拆下探頭發現探頭表面水跡較清澈，表面存在紅褐色的漂浮色，如圖右側兩張圖片。

3.2.2 一回路冷卻劑泄漏模擬

①在實驗室使用與一回路硼濃度相同的水溶液進行模擬泄漏報警實驗，模擬報警持續約6小時后，停止實驗，拆下探頭發現探頭表面及腔室下部存在較多紅褐色沉淀物，如圖左側兩張圖片所示。

②對探頭進行清潔發現，紅褐色沉淀物擦除后，探頭

表面存在少量染色，通過擦拭無法消除，且擦下的沉淀物在觸摸時有顆粒感。經分析，此顆粒為硼水蒸發而析出的硼結晶。

③通過對比還發現，在產生紅褐色的速度方面，硼水溶液明顯快于純凈水。

3.2.3 紅褐色的產生原理分析

當不純的金屬跟電解質溶液進行接觸時，會發生原電池反應，比較活潑的金屬會失去電子而被氧化，發生原電池反應的條件如下：

①活潑性不同的兩個金屬電極。

②導線連接電極構成回路（或者直接接觸）。

③電解質溶液。endprint

④一個自發進行的氧化還原反應 。

⑤化學反應的速率與電解質溶液的溫度和正負離子運動快慢有關。

對于鐵制品，主要的反應分為下面兩種：

①吸氧腐蝕（鋼鐵表面吸附水膜為弱酸性或者中性時）

Fe-2e-=Fe2+；O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應方程式： Fe+O2+2H2O= Fe（OH）2，

②析氫腐蝕（電解質溶液為強酸環境）

Fe-2e-=Fe2+，Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H2↑；2H++2e-=H2↑

總反應方程式：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

Fe（OH）2被氧氣氧化后，生成Fe（OH）3，脫水后生成Fe2O3，其中Fe（OH）3為紅褐色。可以看出，兩種反應方式都會產生紅褐色的Fe（OH）3。

3.2.4 泄漏報警反應過程

綜合上述分析，產生泄漏報警同時具備了所有原電池反應條件：

①活潑性不同的兩個金屬電極：泄漏探頭的上下兩端

②導線連接電極構成回路：一回路冷卻劑進入后的直接導通

③電解質溶液：弱酸性硼水溶液

④一個自發進行的氧化還原反應

因此，在泄漏報警的故障處理中，總是伴隨著紅褐色沉淀物的出現，且沉淀物的多少與水量的多少密切相關

4 結論分析

結合現場檢修和上述分析可以得到以下結論：

①根據設備結構可以看出，因為泄漏探頭安裝后腔室處于密閉狀態，如果出現泄漏報警，那么原因很可能是密封組件密封不良導致，需要及時排查密封組件的密封效果。

②泄漏探頭上的紅褐色沉淀物是硼水溶液中析出的硼結晶被染色后形成。

③單一的更換探測探頭和清潔探頭腔室不能從根本解決問題，需要對密封組件力矩進行復核，并適當的增加力矩，可有效避免泄漏情況發生

5 處理措施建議

針對以上故障分析和結論，建議使用以下方式進行處理：

①核實密封組件的緊固力矩，確保合適的緊固力矩并定期進行復核，確保密封效果，如果增大力矩仍然不滿足要求，需要進一步檢查內部墊片的密封面是否存在損傷或者變形，必要時進行整體更換密封組件。

②對測量腔室進行檢查，防止腔室內存在雜質，例如金屬粉末，水跡等造成誤報警的出現。

③探測回路的電纜及接線進行排查，防止在電纜的鋪設接頭制作中，剝離的電纜導線形成異物導致正負極短接。endprint