核電廠一回路松脫部件監測系統法規標準研究

劉肇陽 凌 君

(深圳中廣核工程設計有限公司，廣東 深圳 518172)

0 引言

為保證核電站的安全運行，設置了各種類型的監測系統，以確保能隨時發現核電站的異常情況并且及時地得到處理。其中，松脫部件監測系統是核反應堆重要的監測系統之一。設置松脫部件監測系統的目的就是為了盡早探測出核電站一回路系統中的松脫件，以避免或減輕一回路系統部件發生與安全有關的損壞或故障。同時，通過早期探測確定異常情況發生的大致部位，減少運行人員可能受到的輻射劑量。

1 系統相關法規標準簡介

鑒于核電廠松脫部件監測系統對核反應堆安全所起到的重要作用，世界各國都很重視對松脫部件的監測要求，陸續形成了一系列指導設計和系統研發的標準規范。

美國于1977 年9 月制定了RG1.133 導則《輕水冷卻反應堆一回路系統松脫部件監測大綱》［2］，并于1988 年5 月由ASME 召集有關專家討論并制定了《輕水堆松脫部件監測與診斷》［3］)標準(OM—12)，它為核電站按照NRC—RG1.133 制定有效LPMS 大綱提供了指導，也為LPMS 的生產廠家在技術指標方面提供了詳細的標準。后續美國電力研究院(EPRI)也制定了針對松脫部件監測系統改進的報告:NP - 5743“Loose Parts Monitoring System Improvement［4］”。

歐洲也制定了相關標準IEC 60988 -2009(Nuclear power plants -instrumentation important to safety-acoustic monitoring systems for detection of loose parts:characteristics， design criteria and operational procedures)，對應國內標準GB/T 11807 -2008《探查松脫零件的聲學監測系統的特性、設計和運行程序》［1］。

本文將主要對以下標準開展對比分析研究。

①GB/T 11807 -2008《探查松脫零件的聲學監測系統特性、設計和運行程序》;

②RG1.133“Loose parts detection program for the primary system of light water reactor”;

③ASME OM -S/G -2007“Standards and guides for operation and maintenance of nuclear power plants”;

④美國電力研究院(EPRI)報告NP-5743“Loose parts monitoring system improvement”中提供的導則和準則。

2 相關法規標準對比

相關法規標準研究是松脫部件監測系統設計的基礎之一，同時研究分析典型一回路松脫部件監測系統方案，為是否滿足相關法規標準的要求提供支持。

本章節將從系統監測區域、傳感器探測靈敏度、信號處理、信號監測、信號顯示、報警要求及其抗震要求等方面進行研究，同時對比各個標準的不同要求，如表1 ～表8 所示。

表1 各標準對系統監測區域要求Tab.1 Requirements of system monitoring areas in each standard

表2 標準對于系統探測功能靈敏度的要求Tab.2 Requirements of system detection sensitivity in the standards

表3 標準對于系統信號處理功能的要求Tab.3 Requirements of system signal processing function in the standards

表4 標準對于系統信號監測功能的要求Tab.4 Requirements of system signal monitoring function in the standards

表5 標準對于系統信號顯示功能的要求Tab.5 Requirements for system signal display function in the standards

表6 標準對于系統報警抑制功能的要求Tab.6 Requirements of system alarm inhibition function in the standards

表7 標準對于系統報警閾值整定原則的要求Tab.7 Requirements of system alarm threshold tuning principle in the standards

表8 標準對于系統抗震的要求Tab.8 Requirements of system aseismic in the standards

3 適應性分析

核電廠一回路松脫部件監測系統設計需要根據法規標準開展研究分析工作，如《探查松脫零件的聲學監測系統特性、設計和運行程序》、《Loose parts detection program for the primary system of light water reactor》、《Standards and Guides for Operation and Maintenance of Nuclear Power Plants》、《Loose Parts Monitoring System Improvement》等。結合上述法規標準對比研究內容，進行適應性分析。

3.1 監測區域及傳感器布置分析

根據ASME OM - S/G - 2012 “Standards and guides for operation and maintenance of nuclear power plants”要求，監測區域應包括壓力容器頂蓋、壓力容器底部、蒸汽發生器及反應堆冷卻劑泵。同時結合RG1.133“Loose parts detection program for the primary system of light water reactor”要求，壓力容器上部及下部應分別布置3 個傳感器;蒸汽發生器一次側管板上下垂直方向各安裝2 個加速度計，第5 個加速度計應安裝在管束頂端附近的外殼上;1 個加速度傳感器安裝在主泵吊裝孔外殼或者進口附近的外殼上。

3.2 系統主要監測功能分析

(1)根據RG1.133“Loose parts detection program for the primary system of light water reactor”要求，系統應能監測到松脫零件以0.68 J 的動能撞擊反應堆冷卻劑壓力邊界內表面，撞擊點離開傳感器的距離小于0.91 m，探測的質量范圍大約為0.11 ～13.6 kg。

(2)根據GB/T 11807 -2008《探查松脫零件的聲學監測系統特性、設計和運行程序》要求，系統應能夠借助于帶通濾波，改善信號強度同恒定本底噪聲之比，且為外部處理提供未經濾波和/或濾波后的信號;同時，能夠對信號進行處理，使之便于顯示和監測。

(3)系統的信號處理、監測、顯示及報警等功能應根據GB/T 11807 -2008《探查松脫零件的聲學監測系統特性、設計和運行程序》中的具體要求進行設計。

3.3 系統抗震要求分析

根據ASME OM - S/G - 2007 “Standards and guides for operation and maintenance of nuclear power plants”要求，系統應能夠在所有不要求電廠停堆的地震事件(如直至并包括低水平地震)后保持功能，在安全停堆地震事件(SSE)后保持結構完整性。

4 結束語

核電廠一回路松脫部件監測系統對反應堆一回路區域內發生的松脫事件進行實時監測、有效甄別和完整記錄，對反應堆安全運行起著至關重要的作用。通過綜合對比分析國內外相關法規標準要求開展系統設計是極其必要的，同時，為后續新項目核電廠一回路松脫部件監測系統設計方案提供了思路。

［1］中國國家標準化管理委員會.GB/T 11807 -2008 探查松脫零件的聲學監測系統特性、設計和運行程序［S］. 北京:中國標準出版社，2008.

［2］U.S.Nuclear Regulatory Commission.R.G.1.133-1981 Loose parts detection program for the primary system of light water reactors［S］.USA:Nuclear Regulatory Commission，1981.

［3］ The American National Standard. ASME OM -2012 Standards and guides for operation and maintenance of nuclear power plants［S］.USA:The American Society of Mechanical Engineers，2012.

［4］ Electrical Power Research Institute. EPRI NP -5743 Loose Parts Monitoring System Improvement［S］. USA:Electrical Power Research Institute，1992.