核電廠主控室可居留區域邊界密封性檢查方法研究

劉祥祥，周濤，孫文彬

（國核電站運行服務技術有限公司，上海 201100）

1 背景

核電廠主控可居留區域是對核電廠進行監督、控制和操縱的重要場所。主控制室的任務是：在所有運行工況下能使核電廠安全地運行，在發生事故工況和設計基準事件后能采取措施將核電廠保持在安全狀態或使其返回安全狀態。因此，保障主控室可居留性至關重要。主控可居留系統主要功能是提供一個安全、舒適工作環境，使主控室內的工作人員避免受到自然災害、有毒有害氣體和放射性氣體傷害。

目前，國內外核電廠主控室可居性系統評估主要通過測量主控室內壓力值以及可居區域的非過濾泄漏量。要想比較準確測量以上2 個參數的前提是主控室的邊界要具備完整性，核電主控可居留區域壓力邊界完整性作為主控室可居留性系統的一個重要的物理屏障。本文首先對主控可居留區域范圍、主控可居留區域壓力邊界、非過濾氣體滲入主控室可居留區域的途徑進行討論；其次，分別分析了主控可居留區域貫穿件氣密性檢查方法、主控可居留區域通風系統氣密性檢查方法。

2 主控室可居區域范圍及功能

2.1 主控室可居留區域范圍

主控室可居留區域范圍包含發生極端工況時在機組控制過程中的常住、臨時性居留房間以及維持主控室可居留區域的通風系統、供水系統、供電系統、網絡系統。主控可居留區域的邊界要將主控室可居留區域圍成一個密閉空間，與外界從實體上隔離開，防止外界放射性污染空氣、化學毒氣以及煙霧滲透入主控室可居留區域內。由于機組不同主控室在房間功能劃分及房間布置有很大的不同，總體大致包括以下房間：主控制室、技術支持中心、會議室、學習室、早會室、隔離辦公室、功能房間、值長辦公室、餐廳、衛生間。以上只是正常工況下所指的主控區域，而發生事故工況下主控可居留區域要比上述范圍要大。主控可居留區域除上述房間，還應該包含空調系統、應急通風系統、主控區域房間內排煙系統、消防、通訊、照明系統、生活保障設施等系統。這些系統可能與主控室樓層不同，甚至跨越幾個樓層。這些系統的實體邊界都屬于主控室可居留性的邊界，尤其是空調系統、應急通風系統、排煙排氣系統、主控可居留系統實體邊界墻完整性對于主控室可居留系統可靠運行起到了至關重要的作用。

2.2 主控室可居留區域邊界完整性功能意義

主控室可居留系統要保證在正常和事故工況下，維持控制室工作人員的工作環境安全，以保證機組安全運行和安全狀態，主控室可居留性系統的實現具體體現在以下幾個方面。

（1）在正常運行狀態下，主控室操作人員所受的照射劑量保持在年有效劑量5mSV。

（2）在事故工況下，提供足夠的防護，使進入和停留在主控室的人員，在事故期間全身接受的射線照射劑量滿足《核動力廠運營單位的應急準備和應急響應》規定，核動力廠營運單位應對應急設施的可居留性進行評價。考慮涉及放射性物質釋放的事故情景時，應根據工作人員可能受照射劑量大小確定是否滿足可居留準則。主控室等重要應急設施應滿足的可居留性準則如下：在設定的持續應急響應期間（30d），工作人員接受的有效劑量不大于50mSV，甲狀腺當劑量不大于500mSV。

（3）保證主控室區域處于正常的溫度下，具備調溫、調濕、正常照明功能，即使發生廠外電力喪失等事故，該項功能也應不受有效。

（4）保證主控室區域在臺風、地震、洪水、龍卷風等惡劣自然災害情況下，主控室區域不受此類災害的影響。

（5）主控室區域的空調系統及應急通風系統應當在正常運行情況下、應急工況下始終保證主控室可居留區域相對于周圍房間維持正壓30pa。

（6）防止有毒有害氣體侵入，當核電廠周邊或者廠區發生有毒有害氣體的泄漏，電廠出現相應的報警方式，主控可居留區域的空調機組進入內循環模式，保持外界氣體不進入主控室可居留區域。

2.3 非過濾氣體滲入主控可居留區域的途徑

首先，非過濾氣體滲入主控可居留區域途徑與主控可居留區域及其外部區域之間的壓差、主控室可居留區域的通風系統安裝分布緊密相關，當主控可居留區域相對周圍房間維持正壓過小或者無正壓，此種情況下，主控可居留區域邊界墻體的貫穿件、門等部位就是滲入途經之一。其次，另一個滲入途徑為主控可居留區域的應急通風系統，主控可居留區域應急通風系統分過濾單元、空調機組以及連接風管。大部分的應急通風系統風向為過濾單元、空調機組、主控可居留區域，從此風的流向可以判斷出，未經過濾的進入的途徑只有過濾單元的末端、空調機組以及空調機組與主控可居留區域的通風管道。

3 主控可居留區域邊界密封性檢查方法

主控可居留區域貫穿件分為機械性貫穿件、電纜貫穿件，其中機械貫穿件分為通風系統貫穿件、生活供疏水系統貫穿件、消防水系統貫穿件。雖然不同機組主控室可居留區域貫穿件數量、貫穿件形狀，但這些貫穿件的密封方式基本上大致相同。

目前，檢查貫穿件、門氣密性采用目視檢測方法，目視檢查方法受到人為因素影響比大。通過在工程實踐發現采取超聲法、煙霧示蹤法，壓差測量法作為主控可居留區域密封性整體評價方法，可以客觀評價主控可居留區域密封性。

煙霧示蹤法是指在貫穿件或者門邊框一側釋放煙霧，在貫穿件或者門邊框另外一側觀察是否有煙霧出現，從而判斷貫穿件或者門框的氣密封性。該方法可用于各種貫穿件及門密封性檢查，可以直接觀察到被檢件密封情況，能做到定位泄漏點位置，該方法只是適合局部貫穿件檢測，解決了主控可居留區域貫穿件漏點查找困難的難題。

對于門和貫穿孔洞使用超聲檢測時，采用在門或者貫穿件孔洞一側放置一個聲發射裝置，在門或者貫穿件孔洞另外一側放置探測裝置，當打開聲發射裝置時，聲發射裝置可以去連續不斷的超聲波。如果被檢件的壓力邊界存在泄漏點，超聲波就會從泄漏點通過，此類超聲波信號會被放置在被檢件的另一側超聲探測裝置接受到，超聲探測裝置可以把超聲波泄漏信號轉換成可視化數值。檢測人員可以根據數值來判斷貫穿件孔洞及門密封性情況。對風管漏點檢測，管道出現壓力氣體泄漏，產生氣體紊流現象，氣體紊流會產生高頻噪音，即超聲波信號，儀器通過內置，或外接傳感器采集（擷取）此超聲波信號，從而檢測定位出漏點。超聲檢測方法具備以下優點：可以檢測到高頻率的超聲波；可以及將超聲波信號大小量化、數值化；可以對泄漏點進行準確定位。

對于整體主控室可居留區域內整體密封性檢查采用壓差測量法，壓差測量法的前提條件是主控可居留區域的貫穿件、邊界門都全部進行封堵完成，主控可居留區域內部房間門全部打開，保持空氣流通。啟用應急通風系統，待應急通風系統運行平穩，測量可居留區域內部房間與其周圍房間的壓力差。周圍房間包含主控可居留區域的上下前后左右的房間，測量出每個房間壓力值與主控可居留區域內部房間壓力進行對比，檢測主控室可居留區域壓力是否為微正壓。該方法優點是對主控室可居留區域微正壓有一個客觀評價標準，但是，同時有不足。當壓力差值不夠30pa 或者形不成微正壓時，無法確定貫穿件的泄漏點。

4 主控室可居留性通風系統密封檢查

目前，國內的主控室可居留區域的通風系統都是由正常通風系統與應急通風系統兩部分組成，其中應急通風系統的空調與正常通風系統的空調是共用的。應急通風系統主要由新風口、氣體過濾單元、空調機組等幾部分組成，由于機組堆型不一樣主控室可居留區域應急通風系統在空間布置上也存在較大差異，目前，三代機組大致采用以下布置順序：新風口、氣體過濾單元、空調機組，最后進入主控室可居留區域房間內，具體排列見圖1。

圖1

為了防止有毒有害氣體以及放射性氣體通過應急通風系統中過濾單元、空調機組及通風管道潛在漏點進入主控室可居留區域，所以要對應急通風系統提出密封性要求。應急通風系統潛在漏點主要分為以下三類：殼體設備開口處、應急通風系統內部閥門內漏和外漏、通風管道法蘭面泄漏。

對于殼體設備、閥門、通風管道這三種設備密封性檢測，目前主要有兩種方法分別為恒壓試驗、壓力降壓試驗。兩個試驗方法的前提條件是在開始試驗之前所有設備開口處均勻完成永久性封堵，使用壓力降壓法進行試驗時，應確定試驗邊界的體積。由于恒壓試驗方法、壓力降壓試驗時只能測量漏率大小并不能檢查到漏點，要采有泡沫檢漏法來確定泄漏點位置。

恒壓試驗方法應分為正壓試驗和負壓試驗，根據被檢件的工作狀態確定，在恒壓試驗前被測系統的所有開口均應封閉，不應漏風。正壓試驗時，在氣源與被檢件之間連接一臺局部檢漏儀，用局部檢漏儀自帶壓力傳感器、數字式流量計測量被檢件泄漏量與壓力值。啟動加壓氣源調節閥，調至試驗壓力，使壓力維持恒定，此時，流量計的讀數為被檢件泄漏量。負壓試驗時，需要在被檢件的出口連接一臺抽負壓設備，該包含排風、測量流量、壓差等功能。

壓力降壓法：同樣在試驗前，被測系統的所有開口均應封閉，不應漏風。將被檢件與充壓設備相連接，在※※被檢件上安裝壓力表，開啟設備對被檢件進行抽負壓或者充壓直至被檢件內部壓力達到運行壓力的1.25 倍（不能超過被檢設備的設計壓力），調節閥門使壓力維持穩定，關閉設備，記錄保壓開始時間、保壓開始壓力值。直至壓力降至最大運行壓力的75%，記錄保壓結束壓力值、保壓結束時間，按照以下公式計算泄漏率值。（由于室溫試驗溫度可以忽略不計）。

式中，L 為泄漏率，m3/h；V 為試驗空間體積，m3；P1、P2為試驗空間的初始壓力和結束壓力；T 為試驗保壓持續時間，h。

5 結語

本文主要從主控室可居留區域、主控室可居留區域的功能、事故工況下非過濾氣體進入造成主控室區域可居留區域途徑進行分析，并根據不同進入途徑制定相應的檢測方法，為主控室可居留區域的完整性檢查提供新的思路。這些檢查方法只為了查找通風系統以及主控室的貫穿件存在的泄漏點，最終目的對潛在泄漏點進行有效的封堵，提高主控室區域可居留性邊界完整性。