燃料棒氦質(zhì)譜檢漏泄漏率判廢值的確定方法探討

譚寧

摘要：核燃料組件燃料棒的密封性是確保反應(yīng)堆安全運(yùn)行的重要因素，為進(jìn)一步提高其檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性，通過對(duì)國(guó)標(biāo)GB/T 11813-2008《壓水堆燃料棒氦質(zhì)譜檢漏》中規(guī)定的檢漏泄漏率判廢值確定方法的解讀，提出了進(jìn)一步提高判廢值準(zhǔn)確性的方式和計(jì)算方法，同時(shí)探討了通過設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)漏孔完整性指標(biāo)來監(jiān)測(cè)檢漏設(shè)備穩(wěn)定性的方法。

關(guān)鍵詞：核燃料棒 氦質(zhì)譜檢漏 判廢值

1 檢驗(yàn)設(shè)備

以目前國(guó)內(nèi)壓水堆核電站常用某型號(hào)核燃料為例，其技術(shù)條件規(guī)定的燃料棒氦質(zhì)譜檢漏泄漏率判廢限（SPL）為10-8 cm3.atm/s（即1.013×10-9 Pa.m3/s）。圖1為本類型燃料棒生產(chǎn)中所用的氦質(zhì)譜檢漏系統(tǒng)示意圖，檢驗(yàn)方法為正壓法，檢漏儀為Pfeiffer ASM 192 T2，其檢漏原理及測(cè)量系統(tǒng)與工業(yè)中常用的密封產(chǎn)品充氦正壓檢測(cè)方法一致[2]，這里不再進(jìn)行贅述。

2國(guó)標(biāo)[1]中泄漏率判廢值確定方法的解讀

根據(jù)國(guó)標(biāo)[1]的規(guī)定，燃料棒氦質(zhì)譜檢漏泄漏率判廢值（RL）是通過對(duì)兩個(gè)與SPL相同數(shù)量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)漏孔及檢漏系統(tǒng)本底分別進(jìn)行10次檢驗(yàn)后，按如下公式（1）計(jì)算而得：

（1）

式中：

RL——燃料棒泄漏率判廢值

S1 ——標(biāo)準(zhǔn)漏孔f110次檢驗(yàn)輸出指示平均值

S2 ——標(biāo)準(zhǔn)漏孔f210次檢驗(yàn)輸出指示平均值

F1 ——標(biāo)準(zhǔn)漏孔f1標(biāo)稱漏率

F2 ——標(biāo)準(zhǔn)漏孔f2標(biāo)稱漏率

SPL——燃料棒技術(shù)條件規(guī)定的泄漏率判廢限

B ——檢漏系統(tǒng)的本底信號(hào)10次檢驗(yàn)指示平均值

σ ——標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算見式（2）

（2）

式中：

σ1 ——f1輸出指示值的標(biāo)準(zhǔn)偏差

σ2 ——f2輸出指示值的標(biāo)準(zhǔn)偏差

由式（1）可以看出國(guó)標(biāo)[1]中規(guī)定的RL的確定方法為：用SPL乘以一系數(shù)，再扣除系統(tǒng)測(cè)量本底的影響，并選取正態(tài)分布拉伊達(dá)準(zhǔn)則（3σ準(zhǔn)則）[3]的下限。SPL所乘的系數(shù)k如式（3）所示，其含義可理解為由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漏孔f1和f2的檢驗(yàn)輸出指示平均值與其標(biāo)稱值確定的線性方程的斜率。

（3）

如果用圖像來表示k的話如圖2中實(shí)線所示，用SPL乘以k即認(rèn)為SPL所對(duì)應(yīng)的檢漏系統(tǒng)測(cè)量值應(yīng)該同樣落在此截距為0的線性回歸線上，也即默認(rèn)檢漏系統(tǒng)測(cè)量值與真值間呈線性關(guān)系且不考慮系統(tǒng)偏差。

但上述默認(rèn)假定的線性關(guān)系是否真的成立？設(shè)備系統(tǒng)偏差是否可以忽略不計(jì)？國(guó)標(biāo)中[1]并沒有明確的規(guī)定，為此，本研究提出了對(duì)此假定條件進(jìn)行驗(yàn)證的方法，并分析得出另一更精確地確定RL的方法。

3泄漏率判廢值確定的新方法

如何確定一測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量值與標(biāo)稱值之間是否呈線性關(guān)系，需要至少通過測(cè)量3組對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)并擬合出回歸方程，計(jì)算斜率進(jìn)而進(jìn)行判斷，同時(shí)還可一并擬合得出方程的截距。

因此，本研究建議增加一標(biāo)準(zhǔn)漏孔f3，對(duì)f3同樣進(jìn)行10次檢驗(yàn)，計(jì)算其輸出指示平均值。用f1，f2和f3的輸出指示平均值與標(biāo)稱值擬合得出線性方程：

（4）

若r2 > 0.95，則說明測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量值與真值之間滿足線性關(guān)系。在滿足線性關(guān)系的前提下，我們提出了如下確定RL的計(jì)算方法：

（5）

式中：

RL——燃料棒泄漏率判廢值

r ——線性方程（4）的斜率

c ——線性方程（4）的截距

SPL——燃料棒技術(shù)條件規(guī)定的泄漏率判廢限

σ——標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算見式（2）

新方法式（5）與式（1）相比有兩點(diǎn)主要的區(qū)別：一是SPL對(duì)應(yīng)的檢漏系統(tǒng)測(cè)量值是由至少3組檢驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合而得的線性回歸方程確定的，這樣進(jìn)一步確保了SPL對(duì)應(yīng)測(cè)量值的準(zhǔn)確性且考慮進(jìn)了系統(tǒng)偏差的影響;二是為保守起見，未扣除系統(tǒng)本底的影響，即判廢值RL未加上系統(tǒng)的本底信號(hào)平均輸出值B，這樣做的目的是防止極端情況下出現(xiàn)誤判的可能，例如如果某燃料棒的漏率剛剛超出技術(shù)條件要求一點(diǎn)，但恰巧檢驗(yàn)它時(shí)系統(tǒng)本底值遠(yuǎn)低于B值，則可能會(huì)出現(xiàn)此燃料棒的漏率檢驗(yàn)值與本底實(shí)測(cè)值之和值低于（1）式所確定的判廢限的可能性，進(jìn)而形成誤判。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)漏孔f3漏率的選取，若按國(guó)標(biāo)[1]的規(guī)定，需與燃料棒技術(shù)條件中給定的泄漏率判廢限SPL處同一數(shù)量級(jí)。具體到本文所述類型的燃料棒，因SPL為1.013×10-9 Pa.m3/s，生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)漏孔f1和f2的漏率一般為1--8×10-9 Pa.m3/s。為能相對(duì)精確地確定系統(tǒng)測(cè)量值與標(biāo)稱值之間的線性回歸方程，建議將標(biāo)準(zhǔn)漏孔f3的標(biāo)稱值選為小于SPL，以此擬合出線性回歸方程更精確，由此方程確定的SPL所對(duì)應(yīng)的檢漏系統(tǒng)測(cè)量值也更準(zhǔn)確。與此同時(shí)，還可利用f3漏率小于SPL這一特點(diǎn)來建立更嚴(yán)密的設(shè)備穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)方法。

5 總結(jié)

本文針對(duì)壓水堆燃料棒氦質(zhì)譜檢漏國(guó)標(biāo)[1]中的燃料棒氦氣泄漏率判廢值的確定及設(shè)備穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)方法，提出了通過增加標(biāo)準(zhǔn)漏孔的檢驗(yàn)來擬合檢漏系統(tǒng)檢驗(yàn)值與標(biāo)稱值之間的線性回歸方程，并以此進(jìn)一步提高確定泄漏判廢值準(zhǔn)確性的計(jì)算方法，同時(shí)利用此方法下新增的標(biāo)準(zhǔn)漏孔來監(jiān)測(cè)校準(zhǔn)設(shè)備用標(biāo)準(zhǔn)漏孔的完整性和輸出穩(wěn)定性，用更嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)方法來監(jiān)測(cè)檢漏系統(tǒng)，確保壓水堆燃料棒氦質(zhì)譜檢漏的準(zhǔn)確，為確保核安全提供更堅(jiān)實(shí)的保障。