淺談CPR1000新建機組安全殼日常泄漏率異常頻發原因及預防措施

梁斌　王雷　韓正

【摘 要】安全殼作為核電站第三道安全屏障，其密封性在事故工況和日常運行期間都必須得到保證，以包容放射性物質，達到保護公眾和環境的目的。近年來國內新建CPR1000機組在首次臨界后發生了幾起安全殼日常泄漏率超過或接近第一安全限值的異常情況，本文主要分析CPR1000新建機組安全殼日常泄漏率異常頻發的原因及預防措施。

【關鍵詞】安全殼；泄漏率；CPR1000新建機

0 背景

CPR1000機組的安全殼是一個外徑38.8m，高56.68m，壁厚約0.9m，自由體積49400m3內附鋼內襯的圓柱形預應力鋼筋混凝土構筑物，其筒體上開有幾百個供流體、信號、電源傳輸的貫穿件，機組建設期間通過安全殼試驗（CTT），驗證安全殼在LOCA工況下能夠包容放射性物質。機組啟動后，通過安全殼日常泄漏率在線監測系統，每日監測安全殼的泄漏率，保證運行期間放射性物質對環境的釋放在允許范圍內。

1）安全殼日常泄漏率監測原理

CPR1000機組正常運行期間安全殼內部壓力在-40-+60mbar.g之間循環，安全殼日常泄漏率是監測安全殼在60mbar.a時對環境的釋放泄漏率。因安全殼內的壓力是一個循環過程，所以通過監測安全殼每日對應壓差△P下的泄漏率QId，然后換算到60mbar.a的泄漏率QI60。

2）泄漏限值要求

核電站運行技術規范對安全殼日常泄漏率有兩個限制，第一限值為5Nm3/h，第二限值為10Nm3/h，具體的要求為：

QI60≤5Nm3/h，正常運行；

5Nm3/h

QI60≥10Nm3/h時，后撤時間只有3天。

1 影響安全殼日常泄漏率的因素

1.1 機械貫穿件隔離閥的密封性

CPR1000機組約有84組機械貫穿件隔離閥需進行密封性試驗，試驗結果直接影響安全殼的日常泄漏率。

1.2 B類貫穿件的密封性

B類貫穿件主要包括電氣貫穿件、人員閘門、設備閘門、燃料傳輸通道。這部分設備的等效直徑大，且通過軟質密封圈密封，經常開關導致密封圈磨損后會發生泄漏。

1.3 正常運行期間常開隔離閥所在系統功能完整性

機組正常運行期間貫穿件隔離閥為開狀態的系統在安全殼內大氣和殼外大氣的隔離功能是否完整，對安全殼的泄漏率有影響。

2 新建機組存在的問題

2.1 建設周期長

新建機組貫穿件隔離閥密封性調試試驗從冷試前開始到CTT前完成，持續5個月左右，第1個貫穿件試驗完成到機組裝料間隔約10個月時間，期間隔離閥所在系統并非一直處于運行狀態，閥門密封性能會發生改變（圖1）。

2.2 施工環境差

工程建設期間，RX廠房內存在大量打磨切割作業，產生大量的煙塵，建設期間遺留的建筑灰塵，雖在CTT前進行工業清潔，但仍遺留少量灰塵，CTT排氣階段以及機組建設后期RX廠房通風投運后，灰塵會隨空氣進入通風系統，對通風系統的貫穿件隔離閥密封面產生影響。

目前，國內核電站基本建在沿海，濕度大，尤其在RX廠房通風不可用階段，極易導致部分碳鋼管道腐蝕生銹，影響隔離閥門密封性。

2.3 設備缺陷多

閥門檢修：在CTT后到機組裝料的4個月時間內，陸續有隔離閥進行解體檢修，如不進行密封性再鑒定，將存在泄漏率超標的較大隱患。

系統故障：部分運行期間安全殼隔離閥為開的系統，由于個別閥門或系統連接件的密封性能下降，導致RX廠房內氣體與環境相通。

3 預防措施

通過對近年新建機組安全殼日常泄漏率異常事件的原因分析，總結出幾項預防措施，并在2臺新建機組上實施，效果良好，可供同行從業人員參考執行。

3.1 安全殼隔離閥密封性再鑒定

3.1.1 檢修安全殼隔離閥密封性再鑒定

工程建設期間，CTT后由于安全殼隔離閥故障等原因，導致閥門檢修，準確梳理隔離閥檢修清單，及時評價密封性試驗必要性及實施密封性再鑒定試驗尤為重要。

建議在CTT后可召集工程調試、安裝、計劃以及電廠維修、計劃進行討論，確定CTT后閥門維修信息的通報規則，由電廠維修、技術專業評價閥門密封性再鑒定的必要性，在裝料前按照調試驗收準則完成所有需密封性試驗的隔離閥再鑒定工作。

3.1.2 大管徑貫穿件隔離閥密封性再驗證

可在裝料前針對是管徑較大的通風系統貫穿件，以及閥門結構特殊對介質（如灰塵）的敏感度較高的隔離閥進行密封性再鑒定試驗。通過在兩臺新機組的幾次試驗，均發現部分閥門存在泄漏率超標情況。

3.2 裝料后B類貫穿件密封性試驗

由于機組裝料會打開燃料傳輸通道運輸燃料，以及打開設備艙門運輸大型設備，在燃料傳輸通道和設備艙最終關閉后需重新進行密封性試驗。

因裝料到機組臨界，0/8米人員閘門都處于經常動作的狀態，其密封圈可能會受到磨損，在機組離開MCS（冷停堆維修模式）前，應完成0/8米人員閘門的密封性試驗。

3.3 泄漏率監測與預判，發現問題及時處理

3.3.1 安全殼內的壓力監測

新建機組首次臨界后啟動安全殼日常泄漏率監測系統，因泄漏率監測系統需至少5日進行初始化后才能計算出第1個安全殼泄漏率值，故需要每日監測安全殼壓力上漲情況。

如安全殼壓力連續2日不上升，則需立即進行泄漏查找。

若安全殼壓力上升，根據理想氣態方程和質量守恒，將進入RX廠房的壓縮空氣流量QSAR，換算成安全殼內部壓力變化數值，與對應時間內的安全殼內實際壓力變化進行比較，同時也可結合當日QId，進行綜合判斷。

計算過程如下：

對QSAR使用理想氣態方程P0V0=mRT0

對安全殼內的氣體變化使用理想氣態方程？駐PLVL=？駐mRTL

假設安全殼不泄漏，QSAR進入RX廠房的氣體質量與安全殼內氣體質量變化相等，即m=？駐m，令V0=QSAR·t，則上述兩式聯解：

其中：

PL為安全殼內由于SAR進入導致的壓力上升；

P0為SAR氣體對應的壓力101325Pa；

T0為SAR氣體對應的溫度273K；

TL為t對應的安全殼內的平均溫度；

VL為安全殼內部自由體積；

t為時間。

3.3.2 泄漏率預判

通過分析安全殼日常泄漏率在線監測系統在機組臨界后前3-4日的半小時數據，對數據進行篩選，剔除異常數據，根據每日的（QId，△P）初步計算QI60，如已大于5Nm3/h，應做進一步詳細分析確認。

【參考文獻】

[1]RCC-G 86版[Z].

[2]內部文件：機組運行技術規范[S].

[責任編輯：王楠]