淺談縮短核電站安全殼打壓試驗(yàn)時(shí)間的可行性

韓正　王雷　梁斌

【摘 要】在核電站10年大修期間需要實(shí)施安全殼打壓試驗(yàn)以驗(yàn)證安全殼滿足設(shè)計(jì)各項(xiàng)要求，由于試驗(yàn)項(xiàng)目的特殊性，其工期占用大修關(guān)鍵路徑時(shí)間較長(zhǎng)，如縮短試驗(yàn)工期將能大大提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。本文設(shè)想使用成熟的新技術(shù)改進(jìn)安全殼打壓試驗(yàn)，縮短試驗(yàn)時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】安全殼；打壓；新技術(shù)；工期

0 前言

安全殼由一個(gè)豎向預(yù)應(yīng)力混凝土圓柱殼組成，其底部用鋼筋混凝土板封閉，頂部則由橢球形預(yù)應(yīng)力混凝土穹頂封閉，構(gòu)成內(nèi)側(cè)完全由密封的鋼襯覆蓋的構(gòu)筑物。安全殼是核電站的第3道屏障，其設(shè)計(jì)能承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故所引起的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下的溫度和壓力條件下提供良好的密封性能。

安全殼打壓試驗(yàn)是用干空氣以一定的速率把安全殼充壓至設(shè)計(jì)壓力，模擬事故情況下的安全殼內(nèi)狀態(tài)，完成一些列試驗(yàn)后按一定速率卸壓。在充壓、卸壓的各個(gè)壓力平臺(tái)對(duì)安全殼進(jìn)行強(qiáng)度檢查及變形檢查，以驗(yàn)證其機(jī)械性能；在設(shè)計(jì)壓力平臺(tái)進(jìn)行泄漏率測(cè)量，以驗(yàn)證其密封性能。

安全殼打壓試驗(yàn)的特殊性導(dǎo)致無(wú)法與核島的其他工作同時(shí)開(kāi)展，其占有10年大修的大約15%的主線時(shí)間，其中前期系統(tǒng)準(zhǔn)備約70h，實(shí)施約128h，系統(tǒng)恢復(fù)約46h，對(duì)大修工期有著很大的影響。

為了縮短大修工期，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)能力，本文著重探討和介紹如何應(yīng)用最新技術(shù)或者改進(jìn)縮短商運(yùn)后安全殼打壓試驗(yàn)實(shí)施的工期。

1 試驗(yàn)分析

安全殼打壓試驗(yàn)準(zhǔn)備期間必須對(duì)安全殼內(nèi)的所有系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行排水、對(duì)空和閥門(mén)開(kāi)關(guān)等試驗(yàn)狀態(tài)設(shè)置，恢復(fù)期間將它們?cè)O(shè)置到正常狀態(tài)。這兩部分工期通過(guò)電站的多次大修經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化已很難進(jìn)一步優(yōu)化。

而在安全殼打壓試驗(yàn)實(shí)施階段，部分試驗(yàn)的方法及工具等均采用20世紀(jì)80年代的技術(shù)，具有很大的改進(jìn)空間。其目前實(shí)施期間的基本的試驗(yàn)和所需時(shí)間見(jiàn)圖1：

由此可見(jiàn)，試驗(yàn)實(shí)施時(shí)間主要受制于兩個(gè)方面：壓力平臺(tái)時(shí)間和充卸壓速率。

2 壓力平臺(tái)時(shí)間

2.1 安全殼儀表系統(tǒng)（EAU系統(tǒng)）

目前在安全殼打壓試驗(yàn)期間需要在每個(gè)平臺(tái)進(jìn)行EAU試驗(yàn)，采集各壓力平臺(tái)的安全殼變形數(shù)據(jù)。每次大約占有時(shí)間1-2小時(shí)。

其各平臺(tái)數(shù)據(jù)采集用于評(píng)價(jià)安全殼的彈性變形與計(jì)算結(jié)果相符合，在各個(gè)壓力等級(jí)下變化成線性可逆關(guān)系。

目前新建電站的EAU系統(tǒng)相對(duì)于舊電站的儀表均有所改進(jìn)，均可以采用特殊的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行數(shù)字化采集。如果對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，增加自動(dòng)化采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，更能夠很好的判斷彈性變形與壓力的關(guān)系。

自動(dòng)化采集基本上在其它行業(yè)中已經(jīng)有了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)[1-3]。直接對(duì)安全殼打壓試驗(yàn)整個(gè)實(shí)施期間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可減少打壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力平臺(tái)，縮短工期。

2.2 核島-12.5m環(huán)廊的地形測(cè)量

RX-12.5m環(huán)廊的沉降變形在各個(gè)壓力平臺(tái)均有測(cè)量，與EAU系統(tǒng)測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。使用數(shù)字化水準(zhǔn)儀測(cè)量環(huán)廊12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降，每次測(cè)量大約兩小時(shí)。

在對(duì)其他工業(yè)的類(lèi)似測(cè)量中，可以臨時(shí)架構(gòu)出遠(yuǎn)程無(wú)線遙控測(cè)量機(jī)器人變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4]，對(duì)安全殼打壓試驗(yàn)期間的-12.5m環(huán)廊沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)或者固定周期進(jìn)行測(cè)量。

總體來(lái)說(shuō)通過(guò)對(duì)EAU系統(tǒng)升級(jí)和增加臨時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到減少壓力平臺(tái)，直接充壓到目標(biāo)壓力平臺(tái)，縮短安全殼打壓試驗(yàn)實(shí)施工期的目的。

2.3 泄漏率試驗(yàn)

安全殼密封試驗(yàn)時(shí)壓力的變化，主要是由泄漏引起的，但是空氣滲入現(xiàn)象也不可忽視。所謂空氣滲入現(xiàn)象是指在加壓時(shí)部分空氣進(jìn)入安全殼內(nèi)混凝土和保溫層等的孔隙中。經(jīng)驗(yàn)表明，在壓力升高和降低的過(guò)程中，空氣在材料上的吸附和解吸的中間現(xiàn)象會(huì)改變泄漏率[5]，需要等待狀態(tài)趨于穩(wěn)定才能測(cè)量出準(zhǔn)確的泄漏率。

在安全殼試驗(yàn)的開(kāi)始階段，還有空氣濕度和溫度的不穩(wěn)定因素，因此，顯示出的泄漏率也不穩(wěn)定（往往偏高）。要求在正式開(kāi)始試驗(yàn)前應(yīng)有一段穩(wěn)定的時(shí)間。

圖2為某電站的安全殼設(shè)計(jì)壓力平臺(tái)的24小時(shí)的質(zhì)量變化趨勢(shì)和泄漏率變化趨勢(shì)（紫色部分為前16小時(shí)變化趨勢(shì)，藍(lán)色部分為16-24小時(shí)變化趨勢(shì)）。

結(jié)合多個(gè)電站的數(shù)據(jù)對(duì)比可以初步得出在正常試驗(yàn)情況下，10小時(shí)后安全殼內(nèi)空氣已經(jīng)穩(wěn)定，泄漏率趨于穩(wěn)定。為保守測(cè)量，并考慮其他試驗(yàn)的工期，可以將設(shè)計(jì)壓力的泄漏率測(cè)量時(shí)間減少至16h，縮短8h工期。

2.4 外觀檢查

在安全殼設(shè)計(jì)壓力平臺(tái)，需要外觀檢查安全殼混凝土的裂縫有無(wú)發(fā)生變化或者出現(xiàn)新的裂縫，以便與試驗(yàn)前后進(jìn)行對(duì)比分析。

從原始的搭設(shè)腳手架通過(guò)人工近距離目視檢查的模式，到目前的不可到達(dá)區(qū)域使用遠(yuǎn)距離遙控照相和房間區(qū)域使用人工近距離目視檢查相結(jié)合的模式，均需要在白天進(jìn)行、測(cè)量精度較低、誤差較大并且受天氣影響較大。

傳統(tǒng)的混凝土損傷識(shí)別方法難以反映混凝土的損傷具體狀態(tài)，目前的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方法是可以獲得混凝土真實(shí)損傷。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方法主要有超聲波法、紅外熱成像法、雷達(dá)法、聲發(fā)射法、沖擊回波法以及電阻率測(cè)量法等等。[6]其中部分方法已經(jīng)在大型建筑物中有所使用。

結(jié)合其他工業(yè)上應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)研究適合安全殼打壓試驗(yàn)的檢測(cè)方式，可以提高檢測(cè)精度，消除天氣影響，避免僅能白天進(jìn)行測(cè)量的限制，并提高工作效率。

另外，可通過(guò)技術(shù)改進(jìn)保證設(shè)備安全和進(jìn)行泄漏監(jiān)測(cè)，取消1bar.g聽(tīng)音檢查；或者增加部分承壓的持續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)保證核島內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)的安全，從而節(jié)約工期。

3 充卸壓速率

部分核電站是按照150hpa/h對(duì)安全殼進(jìn)行充壓，到達(dá)設(shè)計(jì)壓力大概需要30h。提供充壓速率能夠大大縮減試驗(yàn)時(shí)間。提高充壓需要考慮到充壓的空壓機(jī)的能力、單個(gè)沖壓點(diǎn)的能力、在高充壓速率情況下核島容器內(nèi)外差壓的影響及對(duì)鋼內(nèi)襯和混凝土結(jié)構(gòu)的影響等等方面。提高充壓速率可以從提高流速和增加充壓點(diǎn)來(lái)實(shí)施。

部分核電站是按照140hpa/h對(duì)安全殼進(jìn)行卸壓，大概需32h。對(duì)其速率提高需要考慮電站風(fēng)機(jī)的能力、對(duì)鋼內(nèi)襯鼓包的影響、對(duì)容器的影響和對(duì)安全殼結(jié)構(gòu)的影響等等。

目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)機(jī)構(gòu)或單位開(kāi)展這方面的研究，而法國(guó)同類(lèi)型電站的在實(shí)際試驗(yàn)中已經(jīng)提高了充卸壓速率，可以節(jié)省了大量工期。

4 改進(jìn)方向

綜合其他行業(yè)和國(guó)外同行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，可以從下面五大方面進(jìn)行改進(jìn)，提高試驗(yàn)效率，縮短試驗(yàn)工期：

（1）改進(jìn)EAU系統(tǒng)和地形測(cè)量系統(tǒng)，增加自動(dòng)化采集，減少試驗(yàn)平臺(tái)；

（2）改進(jìn)泄漏率計(jì)算方法，減少泄漏率試驗(yàn)平臺(tái)時(shí)間；

（3）改進(jìn)外觀檢查技術(shù)，優(yōu)化試驗(yàn)平臺(tái)時(shí)間；

（4）增大沖卸壓速率，減少?zèng)_卸壓時(shí)間；

（5）持續(xù)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，優(yōu)化部分試驗(yàn)項(xiàng)目，減少平臺(tái)時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，研究的深入，將部分成熟的技術(shù)運(yùn)用于核電站安全殼打壓試驗(yàn)中，必將在核安全的基礎(chǔ)上，減少試驗(yàn)的工期，提高電站的經(jīng)濟(jì)性。

【參考文獻(xiàn)】

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