杜 宇，劉 勇，丁小川

(中核集團(tuán)中國(guó)核電工程有限公司，北京100840)

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福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組安全殼整體泄漏率試驗(yàn)充壓和降壓速率優(yōu)化的分析和研究

杜 宇，劉 勇，丁小川

(中核集團(tuán)中國(guó)核電工程有限公司，北京100840)

福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組安全殼整體泄漏率試驗(yàn)在換料大修期間進(jìn)行并作為大修關(guān)鍵路徑的主線工作，而安全殼整體泄漏率試驗(yàn)的充壓和降壓速率是影響主線工作的重要因素。為提高機(jī)組的可利用率和經(jīng)濟(jì)性，基于法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合同類型機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)反饋對(duì)安全殼整體泄漏率試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，分析和研究試驗(yàn)中充壓和降壓速率提升的可行性。

可利用率和經(jīng)濟(jì)性；機(jī)組換料大修；安全殼整體泄漏率試驗(yàn)；充壓和降壓速率

根據(jù)《核電站設(shè)計(jì)與建造規(guī)程-法國(guó)壓水堆核島土建設(shè)計(jì)與建造規(guī)程》[1]和福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組《安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備定期試驗(yàn)監(jiān)督要求》[2]的規(guī)定和要求，福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組在役后的首次和每十個(gè)換料大修期間應(yīng)進(jìn)行安全殼整體泄漏率試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康氖悄M事故工況下安全殼內(nèi)的峰值壓力，并測(cè)量安全殼的整體泄漏率和驗(yàn)證安全殼的整體密封性能。試驗(yàn)期間同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，通過測(cè)量安全殼的變位、局部應(yīng)變、鋼束力等參數(shù)，從而對(duì)安全殼的整體結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。換料大修的持續(xù)時(shí)間直接關(guān)系到機(jī)組的可利用率和經(jīng)濟(jì)性，而安全殼整體泄漏率試驗(yàn)是占用大修關(guān)鍵路徑的主線工作，其對(duì)主線工期影響最大的因素即試驗(yàn)的充壓和降壓速率。

根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，在安全殼整體泄漏率試驗(yàn)中，為避免內(nèi)部構(gòu)件吸氣現(xiàn)象，升壓速率不得超過12kPa/h；為防止安全殼(涂層、油漆)損壞，降壓速率不得超過10kPa/h。為縮短安全殼整體泄漏率試驗(yàn)時(shí)間，加快大修進(jìn)度，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，本文基于法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合同類型機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)反饋，針對(duì)福清1、2號(hào)機(jī)組安全殼整體試驗(yàn)的升壓和降壓速率提升的可行性進(jìn)行了分析和研究。

1 法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)

法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)安全殼整體泄漏率試驗(yàn)中充壓和降壓速率給出了相關(guān)規(guī)定，在試驗(yàn)執(zhí)行時(shí)必須予以遵守。

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

《核電站設(shè)計(jì)與建造規(guī)程-法國(guó)壓水堆核島土建設(shè)計(jì)與建造規(guī)程》(RCC-G，1988)。其對(duì)安全殼密封性試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)的目的、初始條件、試驗(yàn)方法、測(cè)量分析和驗(yàn)收準(zhǔn)則進(jìn)行了規(guī)定。

《核設(shè)施部件建造規(guī)則第二冊(cè)混凝土安全殼規(guī)范》(ASME核電規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，2004)。其明確規(guī)定了充壓和降壓速率不應(yīng)大于試驗(yàn)壓力的20%[3]。

1.2 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

《壓水堆核電廠安全殼結(jié)構(gòu)整體性試驗(yàn)》(NB/T 20017，2010)。其對(duì)壓水堆核電廠安全殼整體性試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力、測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)點(diǎn)布置、試驗(yàn)技術(shù)要求和試驗(yàn)驗(yàn)收條件等內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定。其中第5.3節(jié)壓力加減速率中規(guī)定：壓力的加減速率每小時(shí)不應(yīng)大于最高試驗(yàn)壓力的20%；每一級(jí)壓力到達(dá)后，恒壓時(shí)間不應(yīng)小于1h[4]。

《核電廠安全殼密封性試驗(yàn)》(NB/T—20018，2010)。其對(duì)安全殼密封性各類試驗(yàn)進(jìn)行了說明，包括A類、B類和C類試驗(yàn)的要求、方案、周期及驗(yàn)收準(zhǔn)則等內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定[5]。

2 同類型機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)反饋

目前，同類型核電機(jī)組的安全殼整體泄漏率試驗(yàn)在調(diào)試期間仍以工程經(jīng)驗(yàn)值為標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，但在機(jī)組換料大修期間的充壓和降壓限值均已提升，其中新建機(jī)組均在首次換料大修時(shí)便已提升充壓和降壓速率(見表1)，結(jié)合表1中所列電站將充壓速率提高到15kPa/h，降壓速率提升到14kPa/h的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行速率優(yōu)化后不會(huì)影響安全殼泄漏率計(jì)算結(jié)果，同時(shí)在進(jìn)行鋼襯里缺陷(安裝期間形成的空鼓、鼓泡)檢查時(shí)未見明顯擴(kuò)展，說明優(yōu)化后的充降壓速率是可行的。

表1 同類型電站充壓和降壓速率說明

3 可行性研究

3.1 設(shè)計(jì)限值分析

本節(jié)結(jié)合核電機(jī)組的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，通過分析計(jì)算得出符合法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的充壓和降壓數(shù)值，同時(shí)結(jié)合充壓和降壓試驗(yàn)時(shí)相關(guān)支持系統(tǒng)的性能進(jìn)行綜合分析。

針對(duì)福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組，其安全殼設(shè)計(jì)壓力為0.42MPa.g。因此，安全殼最高試驗(yàn)壓力為：

0.42MPa.g×1.15=0.483MPa.g

(1)

根據(jù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，則每小時(shí)充壓和降壓速率不應(yīng)大于：

0.483MPa.g×20%=96.6kPa.g

(2)

通過計(jì)算和對(duì)比，可知以往的工程經(jīng)驗(yàn)中所采用的升壓速率不得超過12kPa/h；降壓速率應(yīng)不得超過10kPa/h是遠(yuǎn)小于法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定的。因此，適當(dāng)提升福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組安全殼整體泄漏率試驗(yàn)的充壓、降壓速率(升壓速率≤15kPa/h，降壓速率≤14kPa/h)不會(huì)違背法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2 充壓氣源負(fù)載分析

福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組換料大修時(shí)安全殼整體泄漏率試驗(yàn)的充壓氣源為電廠壓縮空氣系統(tǒng)的移動(dòng)空壓機(jī)，其設(shè)計(jì)功能上滿足一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行安全殼整體泄漏率試驗(yàn)，其余機(jī)組正常運(yùn)行或檢修的工況，并留有一定負(fù)載裕度，另外，當(dāng)采用工程經(jīng)驗(yàn)的充壓速率時(shí)，供氣閥門只是處于半開狀態(tài)，因此，充壓速率提升時(shí)氣源是滿足供氣能力的。

3.3 降壓管線負(fù)載分析

安全殼整體泄漏率試驗(yàn)的降壓路徑是通過安全殼大氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管線吸氣，并經(jīng)由安全殼環(huán)廊房間通風(fēng)系統(tǒng)和輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)的管線最終由煙囪排向大氣。

根據(jù)《安全殼環(huán)廊房間通風(fēng)系統(tǒng)手冊(cè)》的設(shè)計(jì)要求，最大設(shè)計(jì)排風(fēng)量是12000m3/h[6]，但在安全殼整體泄漏率試驗(yàn)的特殊工況下，可通過調(diào)節(jié)平衡閥，使環(huán)廊房間的排風(fēng)量從12000m3/h降低至6000m3/h，系統(tǒng)冗余的6000m3/h流量用于接收安全殼降壓最大峰值流量。這種運(yùn)行模式下，為防止系統(tǒng)過濾器超壓，在管線上設(shè)置止回閥進(jìn)行超壓保護(hù)。通過計(jì)算(考慮風(fēng)管流阻損耗)，降壓速率優(yōu)化前為10kPa/h，試驗(yàn)通過系統(tǒng)排放的降壓峰值流量約為4000m3/h；優(yōu)化后降壓速率提升至14kpa/h時(shí)，排放的降壓峰值流量約為5600m3/h，仍低于系統(tǒng)最大允許流量限值，因此安全殼環(huán)廊通風(fēng)系統(tǒng)降壓負(fù)載能力滿足速率優(yōu)化后的需求。

3.4 設(shè)備承壓分析

3.4.1 充壓階段

在進(jìn)行安全殼整體泄漏率試驗(yàn)前，應(yīng)將安全殼內(nèi)不耐壓設(shè)備進(jìn)行對(duì)空處理或移出安全殼，因此充壓階段對(duì)設(shè)備承壓影響主要為最高壓下承受極限。提升充壓速率，并未改變?cè)囼?yàn)的最終壓力(0.42MPa.g)，故不會(huì)對(duì)設(shè)備的承壓極限造成影響。

充壓階段安全殼內(nèi)部構(gòu)件存在吸氣現(xiàn)象，會(huì)造成泄漏率測(cè)量值偏大，故測(cè)量必須在氣流穩(wěn)定后進(jìn)行。提升充壓速率，勢(shì)必加劇內(nèi)部構(gòu)件吸氣現(xiàn)象，故需嚴(yán)格控制氣流穩(wěn)定時(shí)間，避免泄漏率測(cè)量偏差。為了避免內(nèi)部構(gòu)件吸氣現(xiàn)象，需要按照《核電廠安全殼密封性試驗(yàn)》(NB/T—20018，2010)的說明，驗(yàn)證安全殼內(nèi)氣體的穩(wěn)定性。驗(yàn)證準(zhǔn)則為：

安全殼加壓到試驗(yàn)壓力后在A類試驗(yàn)開始前，應(yīng)有段時(shí)間讓安全殼內(nèi)空氣質(zhì)量穩(wěn)定下來。這個(gè)穩(wěn)定時(shí)間最少為4h。

對(duì)A類試驗(yàn)來說如果下列準(zhǔn)則同時(shí)滿足，可以認(rèn)為安全殼內(nèi)空氣質(zhì)量是穩(wěn)定的：

a) L2h與L1h之差的絕對(duì)值小于或等于0.25La；

b) L1h大于或等于零，并小于La。

其中：

L1h——最后1h內(nèi)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)由最小二乘方法回歸直線斜率和截距得出的泄漏率最佳估計(jì)值；

L2h——最后2h內(nèi)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)由最小二乘方法回歸直線斜率和截距得出的泄漏率最佳估計(jì)值；

La——試驗(yàn)疊加泄漏率。

通過法國(guó)原型堆及國(guó)內(nèi)同類型電站充壓速率提升后十余年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在較低范圍內(nèi)提升充壓速率(從12kPa/h提升至15kPa/h)，殼內(nèi)構(gòu)件吸氣現(xiàn)象變化不顯著，在滿足以上準(zhǔn)則的情況下對(duì)泄漏率測(cè)量結(jié)果不會(huì)造成偏差。

3.4.2 降壓階段

降壓階段對(duì)設(shè)備承壓極限為降壓峰值壓力，提升降壓速率并未改變降壓峰值壓力(0.42MPa.g)，故不會(huì)對(duì)設(shè)備承壓極限造成影響。

降壓階段會(huì)對(duì)鋼襯里造成剝離和鼓泡效應(yīng)，因此需嚴(yán)格控制降壓速率，避免鋼襯里與安全殼結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的脫離，影響其密封性能。通過國(guó)內(nèi)同類型核電站的試驗(yàn)反饋，鋼襯里缺陷(安裝期間形成的空鼓、鼓泡)在降壓后未較大擴(kuò)展和鼓泡，原貼合不實(shí)處也無明顯擴(kuò)展和鼓泡，說明優(yōu)化后的降壓速率未產(chǎn)生不可逆變化，具備進(jìn)一步優(yōu)化空間。但仍然建議在安全殼降壓結(jié)束后，對(duì)鋼襯里及表面涂層進(jìn)行嚴(yán)格的目視檢查，確認(rèn)鋼襯里及表面涂層的完整性。

4 結(jié)論

4.1 充壓速率

將充壓速率由12kPa/h提升到15kPa/h首先滿足法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全殼充降壓速率的要求。工藝管線的設(shè)計(jì)也能夠承載相應(yīng)的負(fù)荷。為了防止內(nèi)部構(gòu)件吸氣現(xiàn)象對(duì)安全殼整體泄漏率測(cè)量結(jié)果的影響，可以通過《核電廠安全殼密封性試驗(yàn)》(NB/T—20018，2010)驗(yàn)證安全殼內(nèi)氣體的穩(wěn)定性。同類型電站對(duì)升壓速率的提升經(jīng)驗(yàn)也驗(yàn)證了升壓速率提升的可行性。綜合以上分析，將升壓速率提高到不超過15kPa/h是可以接受的。

4.2 降壓速率

降壓速率的限制是為防止安全殼(涂層、油漆)損壞?；谕愋碗娬咎嵘祲核俾实慕?jīng)驗(yàn)反饋，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)安全殼(涂層、油漆)損壞。在這種條件下，綜合考慮法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋的結(jié)果，認(rèn)為降壓速率提高到不超過14kPa/h是可行的，但同時(shí)需要注意試驗(yàn)后對(duì)安全殼表面的損壞情況進(jìn)行全面檢查，對(duì)安全殼降壓速率的影響進(jìn)行記錄和反饋。

另外，為了使降壓速率能夠達(dá)到14kPa/h，在降壓過程中，外圍設(shè)備間通風(fēng)系統(tǒng)能夠接受反應(yīng)堆廠房經(jīng)安全殼大氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)高壓排放子系統(tǒng)排出的6500m3/h的風(fēng)量進(jìn)行過濾排放，該風(fēng)量用調(diào)節(jié)閥調(diào)整，并用對(duì)應(yīng)的流量計(jì)監(jiān)測(cè)。排放過程中，調(diào)節(jié)平衡閥的開度，使外圍房間的排風(fēng)量從12000m3/h降到5500m3/h，此時(shí)不會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

本文從法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)功能分析和計(jì)算、同類型機(jī)組經(jīng)驗(yàn)反饋等多個(gè)方面對(duì)安全殼泄漏率試驗(yàn)充降壓速率的優(yōu)化進(jìn)行了分析，作為換料大修的關(guān)鍵路徑，安全殼泄漏率試驗(yàn)充降壓速率的優(yōu)化對(duì)減少換料大修時(shí)間，提高機(jī)組的可利用率和經(jīng)濟(jì)性有積極的意義。同時(shí)對(duì)將來進(jìn)一步提高安全殼泄漏率試驗(yàn)充壓和降壓速率指明了方向。

[1] 核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. RCC-G 核電站設(shè)計(jì)與建造規(guī)程[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1988.

[2] 福建福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備定期試驗(yàn)監(jiān)督要求[S].

[3] 核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. ASME 核設(shè)施部件建造規(guī)則第二冊(cè)混凝土安全殼規(guī)范[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1998.

[4] 核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. NB/T 20017 壓水堆核電廠安全殼結(jié)構(gòu)整體性試驗(yàn)[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010.

[5] 核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. NB/T 20018 核電廠安全殼密封性試驗(yàn)[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010.

[6] 福建福清核電廠1、2號(hào)機(jī)組安全殼環(huán)廊房間通風(fēng)系統(tǒng)手冊(cè)[S].

Optimization Analysis and Study for Pressurization and Depressurization Gradient of Fuqing 1&2 Overall Containment Leakage Test

DU Yu, LIU Yong, DING Xiao-chuan

(China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Beijing 100840, China)

Considered as a mainline work, the Fuqing 1&2 overall containment leakage test takes place during the refueling outage, meanwhile the pressurization and depressurization gradient are important factors related to this test. In order to increase the availability and economy of these units, the overall containment leakage test is optimized as required by relevant regulations and standards and the feedback of other NPPs, the analysis and study are focus on the feasibility of increasing the pressurization and depressurization gradient.

Availability and economy; Unit outage; Overall containment leakage test; Pressurization and depressurization gradient

2016-12-17

杜 宇(1984—)，女，回族，河北人，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事核電站運(yùn)行策略以及調(diào)試相關(guān)工作

TL38+2

A

0258-0918(2017)01-0199-04