安全殼泄漏率監(jiān)測系統(tǒng)日泄漏率異常現(xiàn)象研究

郭曉龍

關(guān)鍵字安全殼；日泄漏率；監(jiān)測；高報警

0 前言

反應(yīng)堆安全殼作為核電站的第三道安全屏障，在核電站正常運行以及事故工況下必須能夠包容殼內(nèi)的放射性物質(zhì)，以避免其泄漏到大氣中對周圍環(huán)境及社會公眾造成危害，為此必須要求安全殼有很高的完整性。

某核電廠的最終安全分析報告及運行技術(shù)規(guī)格書都規(guī)定了機(jī)組正常運行的泄漏率限值和后備模式，即在60hpa 表壓下，安全殼的泄漏率（Q160）應(yīng)滿足Q160≤5 Nm3/h。一旦泄漏率超過5 Nm3/h，必須立即查找泄漏原因[1]。

安全殼日泄漏率（Qld）是計算安全殼泄漏率（Q160）的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，本文對核電機(jī)組功率運行期間Qld 異常情況進(jìn)行研究，分析總結(jié)出對日泄漏率有影響的定期試驗和運行操作，運行期間應(yīng)避免因這些試驗和操作造成Qld 持續(xù)異常而導(dǎo)致Q160 高報警現(xiàn)象的發(fā)生。

1 核電廠E P P 系統(tǒng)介紹

1.1 計算原理

該核電廠的安全殼是帶有鋼襯里的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在機(jī)組正常運行期間，影響安全殼壓力的主要因素有（如圖1 所示）。

圖1 安全殼內(nèi)的氣體質(zhì)量平衡圖

（1）安全殼內(nèi)水蒸氣的凝結(jié)和蒸發(fā)。

（2）核島儀表壓縮空氣系統(tǒng)（SAR）壓縮空氣因調(diào)節(jié)閥的動作而注入（Qsar）。

（3）安全殼內(nèi)其他承壓設(shè)備的異常泄漏（稱為寄生泄漏Qp）。

（4）安全殼貫穿件的泄漏（Qleak）。

泄漏率計算的物理模型采用簡易模型，即用理想氣體的狀態(tài)方程PV＝mrT（其中r＝R/m0，R 為理想氣體常數(shù)）來計算整個安全殼內(nèi)總的氣體質(zhì)量的變化率Δm/Δt：

令日平均泄漏率Qld＝Qleak＋Qp，則

公式2 中，Qsar可以從電廠SAR001MD 流量計得到，而對Δm/Δt 的計算可轉(zhuǎn)化為濕空氣標(biāo)準(zhǔn)體積變化DVh 的求解。

圖2 Qld 計算示意圖

EPP 系統(tǒng)每半個小時利用所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次計算，算得濕空氣標(biāo)準(zhǔn)體積變化（DVh），這樣一天就有48 個DVh 點。Qld 就是DVh=f（t）曲線的斜率（如圖2 所示）。

圖3 泄漏率曲線

機(jī)組連續(xù)運行時，安全殼內(nèi)外壓差（以下稱為ΔP）將在-40～+60hPa 之間變化，EPP 系統(tǒng)每天計算得出一個ΔP 數(shù)據(jù)和一個Qld 數(shù)據(jù)。繪制20 天的（ΔP，Qld）的散點圖，利用線性回歸法得到泄漏率曲線，如圖3 所示，曲線的斜率為α，則Q160=60·α，Q160 揭示的是安全殼的泄漏即安全殼貫穿件的泄漏，它比絕對泄漏率更形象直觀地反映了安全殼泄漏情況[2]。

1.2 EPP 系統(tǒng)報警說明

運行期間，安全殼泄漏率Ql60 正常情況下需要20 天正常的日泄漏率和安全殼內(nèi)外壓差數(shù)據(jù)。若日泄漏率Qld 異常，則（ΔP，Qld）偏離擬合曲線，說明安全殼泄漏率可能發(fā)生了變化，系統(tǒng)會發(fā)出報警提示。《EPP 項目運行維護(hù)手冊》中對日泄漏率Qld 異常情況報警說明如下：

（1）泄漏率輕微變化，不參與Ql60 計算。

（2）泄漏率較大變化，不參與Ql60 計算。

當(dāng)連續(xù)7 天中有5 天數(shù)據(jù)都顯示（1）或（2）情況，且壓差超過15 hpa 時，系統(tǒng)生成新的Ql60，并顯示"泄漏率狀態(tài)已改變"報警[3]。

出現(xiàn)日泄漏率Qld 有異常變化時需要重點關(guān)注，及早確認(rèn)Qld 異常原因，判斷安全殼是否真正發(fā)生泄漏。功率運行期間一些定期試驗和運行操作也會造成Qld 異常，對此分析總結(jié)，不僅可以快速判斷安全殼是否真實泄漏，而且可優(yōu)化運行操作，防止這些定期試驗和運行操作疊加造成Qld 持續(xù)異常，導(dǎo)致Ql60 重新計算觸發(fā)泄漏率高報警情況的發(fā)生。

2 日泄漏率異常情況分析

2.1 輻射防護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)通道半年定期維護(hù)試驗

表1 3 號機(jī)組10 月安全殼泄漏率在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)報表

20xx.10.27 日某核電廠3 號機(jī)組處于功率運行階段，巡檢EPP 系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)10 月26 日日泄漏率Qld 異常增大為6.55 Nm3/h，當(dāng)日Q160 未更新。查詢半小時報表，對3 號機(jī)組20xx.10.26 安全殼濕空氣體積（DVh）分析發(fā)現(xiàn)DVh 在10:30-12:00 內(nèi)增大了135 Nm3。20xx.10.26 安全殼泄漏率在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)報表見圖4，安全殼濕空氣體積DVh 變化曲線見圖4。

圖4 3 號機(jī)組20xx.10.26 安全殼DVh 變化曲線

查找運行日志發(fā)現(xiàn)，在26 日10:07-11:54，輻射儀表對輻射防護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)（KRT）3KRT009MA 通道半年定期維護(hù)試驗，期間打開壓空隔離閥，對儀表前端引入取樣管路（即儀表入口端至安全殼取樣口之間管線）進(jìn)行反沖洗，使壓縮空氣吹入殼內(nèi)，反沖洗時間持續(xù)了10-20 分鐘，這與DVh 變化趨勢吻合。反沖洗過程中向安全殼內(nèi)吹入壓縮空氣，造成安全殼內(nèi)空氣短時間內(nèi)增大，公式2 中△m/△t 變大，減掉的Qsar 數(shù)值維持不變，故導(dǎo)致試驗當(dāng)天日泄漏率Qld 數(shù)據(jù)異常。

KRT 通道半年定期維護(hù)試驗每年進(jìn)行兩次，試驗前應(yīng)確認(rèn)安全殼泄漏率正常，防止與其他影響安全殼泄漏率的操作疊加，造成泄漏率高報警。

2.2 核島冷凍水系統(tǒng)冷水機(jī)組切換

20xx.12.11 某核電廠2 號機(jī)組出于功率運行階段，巡檢發(fā)現(xiàn)2 號機(jī)EPP 系統(tǒng)在12.9 和12.10 Qld 異常增大，Q160 數(shù)據(jù)未更新，出現(xiàn)"泄漏率有較大變化"報警。查看半小時報表，發(fā)現(xiàn)12.9 和12.10 安全殼內(nèi)的平均溫度在兩天劇烈波動，變化幅度達(dá)到2 攝氏度，而安全殼內(nèi)壓力平穩(wěn)上漲，濕度為12.2±1hpa，Qsar 為8.92±0.18 m3/h，均保持平穩(wěn)變化。經(jīng)詢問主控得知在12.9 和12.10 兩天內(nèi)核島冷凍水系統(tǒng)（DEG）有冷凍機(jī)組跳閘停運重啟、切換、抽冷媒等操作，導(dǎo)致DEG 冷水機(jī)組進(jìn)出口水溫劇烈變化。

12.9 和12.10 兩天數(shù)據(jù)報表見表2；運行操作說明見表3；DEG 冷水機(jī)組入口（2DEG001MT）出口（2DEG001MT）水溫及安全殼內(nèi)平均溫度見圖5。

表3 核電廠2 號機(jī)組DEG 冷水機(jī)組操作相關(guān)運行日志

對比DEG 冷水機(jī)組進(jìn)出口水溫變化圖與安全殼平均、溫度壓力變化圖可知，兩天內(nèi)安全殼內(nèi)平均溫度變化與DEG 冷水機(jī)組調(diào)節(jié)操作在時間及趨勢上相吻合。當(dāng)DEG 冷水機(jī)組跳閘重啟、切換造成冷水機(jī)組進(jìn)出口溫度上升時，安全殼內(nèi)冷卻不足，導(dǎo)致殼內(nèi)平均溫度上升；當(dāng)冷凍機(jī)導(dǎo)葉開度變大，冷水機(jī)組進(jìn)出口水溫下降，冷水機(jī)組帶走熱量增多，導(dǎo)致殼內(nèi)平均溫度下降。冷水機(jī)組調(diào)節(jié)操作短時間內(nèi)造成殼內(nèi)平均溫度劇烈變化，而對殼內(nèi)平均壓力則影響較小，導(dǎo)致計算出的DVh 有較大波動，從而引起Qld 異常變化。12.11 冷水機(jī)組進(jìn)出口水溫穩(wěn)定，當(dāng)日安全殼內(nèi)平均溫度變化平穩(wěn)，當(dāng)日Qld 恢復(fù)正常。安全殼內(nèi)濕空氣體積DVh 變化圖見圖6。

圖6 安全殼內(nèi)濕空氣體積DVh 變化圖

核島冷凍水系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)或熱停堆期間，兩套容量為50%的冷水機(jī)組處于工作狀態(tài)。冬季由于安全殼內(nèi)溫度低，50%負(fù)荷運行的冷水機(jī)組一臺運行兩臺備用，且當(dāng)冷凍機(jī)負(fù)荷低于額定負(fù)荷的30%，自動停止運行[4]。冬季冷凍機(jī)組跳閘重啟、切換、導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)等使運行操作使冷凍機(jī)進(jìn)出口水溫較大變化，從而導(dǎo)致短時間殼內(nèi)溫度變化較大，對當(dāng)天日泄漏Qld較大影響。故應(yīng)優(yōu)化DEG 冷凍機(jī)的運行方式，采取將DEG 冷凍機(jī)組放手動將冷凍水出口低跳值調(diào)低，或再啟動一臺冷凍水泵提高冷凍水溫等措施[5]，維持DEG 冷水機(jī)組穩(wěn)定運行。同時運行部門與泄漏率監(jiān)督部門加強(qiáng)溝通，在冬季DEG 冷水機(jī)組切換前確認(rèn)EPP 泄漏率監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)無異常報警，防止Qld 持續(xù)異常，造成安全殼泄漏率誤報警發(fā)生。

3 總結(jié)

安全殼泄漏率的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)具有一定的滯后性，當(dāng)安全殼出現(xiàn)真實泄漏率時，要推遲5-7 天才能被EPP 系統(tǒng)監(jiān)測到。為了及早發(fā)現(xiàn)安全殼泄漏，并排除誤報警，分析Qld 異常變化原因具有重要意義。本文通過分析研究，總結(jié)出在機(jī)組功率運行期間，KRT 通道半年定期維護(hù)試驗和冬季DEG 冷水機(jī)組動作可導(dǎo)致Qld 異常變化，造成"泄漏率有較大的變化"報警，這對運行操作具有重要指導(dǎo)意義。進(jìn)行KRT 通道半年定期維護(hù)試驗與DEG 冷水機(jī)組操作時，應(yīng)確認(rèn)安全殼泄漏率正常，防止Qld 持續(xù)異常，避免觸發(fā)系統(tǒng)重新計算，造成在安全實際殼密封良好情況下，安全殼泄漏率Q160 誤報警的發(fā)生，從而保證機(jī)組安全穩(wěn)定運行。