安全殼泄漏率監測系統日泄漏率異常現象研究

郭曉龍

關鍵字安全殼；日泄漏率；監測；高報警

0 前言

反應堆安全殼作為核電站的第三道安全屏障，在核電站正常運行以及事故工況下必須能夠包容殼內的放射性物質，以避免其泄漏到大氣中對周圍環境及社會公眾造成危害，為此必須要求安全殼有很高的完整性。

某核電廠的最終安全分析報告及運行技術規格書都規定了機組正常運行的泄漏率限值和后備模式，即在60hpa 表壓下，安全殼的泄漏率（Q160）應滿足Q160≤5 Nm3/h。一旦泄漏率超過5 Nm3/h，必須立即查找泄漏原因[1]。

安全殼日泄漏率（Qld）是計算安全殼泄漏率（Q160）的關鍵數據，本文對核電機組功率運行期間Qld 異常情況進行研究，分析總結出對日泄漏率有影響的定期試驗和運行操作，運行期間應避免因這些試驗和操作造成Qld 持續異常而導致Q160 高報警現象的發生。

1 核電廠E P P 系統介紹

1.1 計算原理

該核電廠的安全殼是帶有鋼襯里的預應力鋼筋混凝土結構。在機組正常運行期間，影響安全殼壓力的主要因素有（如圖1 所示）。

圖1 安全殼內的氣體質量平衡圖

（1）安全殼內水蒸氣的凝結和蒸發。

（2）核島儀表壓縮空氣系統（SAR）壓縮空氣因調節閥的動作而注入（Qsar）。

（3）安全殼內其他承壓設備的異常泄漏（稱為寄生泄漏Qp）。

（4）安全殼貫穿件的泄漏（Qleak）。

泄漏率計算的物理模型采用簡易模型，即用理想氣體的狀態方程PV＝mrT（其中r＝R/m0，R 為理想氣體常數）來計算整個安全殼內總的氣體質量的變化率Δm/Δt：

令日平均泄漏率Qld＝Qleak＋Qp，則

公式2 中，Qsar可以從電廠SAR001MD 流量計得到，而對Δm/Δt 的計算可轉化為濕空氣標準體積變化DVh 的求解。

圖2 Qld 計算示意圖

EPP 系統每半個小時利用所采集的數據進行一次計算，算得濕空氣標準體積變化（DVh），這樣一天就有48 個DVh 點。Qld 就是DVh=f（t）曲線的斜率（如圖2 所示）。

圖3 泄漏率曲線

機組連續運行時，安全殼內外壓差（以下稱為ΔP）將在-40～+60hPa 之間變化，EPP 系統每天計算得出一個ΔP 數據和一個Qld 數據。繪制20 天的（ΔP，Qld）的散點圖，利用線性回歸法得到泄漏率曲線，如圖3 所示，曲線的斜率為α，則Q160=60·α，Q160 揭示的是安全殼的泄漏即安全殼貫穿件的泄漏，它比絕對泄漏率更形象直觀地反映了安全殼泄漏情況[2]。

1.2 EPP 系統報警說明

運行期間，安全殼泄漏率Ql60 正常情況下需要20 天正常的日泄漏率和安全殼內外壓差數據。若日泄漏率Qld 異常，則（ΔP，Qld）偏離擬合曲線，說明安全殼泄漏率可能發生了變化，系統會發出報警提示。《EPP 項目運行維護手冊》中對日泄漏率Qld 異常情況報警說明如下：

（1）泄漏率輕微變化，不參與Ql60 計算。

（2）泄漏率較大變化，不參與Ql60 計算。

當連續7 天中有5 天數據都顯示（1）或（2）情況，且壓差超過15 hpa 時，系統生成新的Ql60，并顯示"泄漏率狀態已改變"報警[3]。

出現日泄漏率Qld 有異常變化時需要重點關注，及早確認Qld 異常原因，判斷安全殼是否真正發生泄漏。功率運行期間一些定期試驗和運行操作也會造成Qld 異常，對此分析總結，不僅可以快速判斷安全殼是否真實泄漏，而且可優化運行操作，防止這些定期試驗和運行操作疊加造成Qld 持續異常，導致Ql60 重新計算觸發泄漏率高報警情況的發生。

2 日泄漏率異常情況分析

2.1 輻射防護監測系統通道半年定期維護試驗

表1 3 號機組10 月安全殼泄漏率在線監測系統數據報表

20xx.10.27 日某核電廠3 號機組處于功率運行階段，巡檢EPP 系統發現10 月26 日日泄漏率Qld 異常增大為6.55 Nm3/h，當日Q160 未更新。查詢半小時報表，對3 號機組20xx.10.26 安全殼濕空氣體積（DVh）分析發現DVh 在10:30-12:00 內增大了135 Nm3。20xx.10.26 安全殼泄漏率在線監測系統數據報表見圖4，安全殼濕空氣體積DVh 變化曲線見圖4。

圖4 3 號機組20xx.10.26 安全殼DVh 變化曲線

查找運行日志發現，在26 日10:07-11:54，輻射儀表對輻射防護監測系統（KRT）3KRT009MA 通道半年定期維護試驗，期間打開壓空隔離閥，對儀表前端引入取樣管路（即儀表入口端至安全殼取樣口之間管線）進行反沖洗，使壓縮空氣吹入殼內，反沖洗時間持續了10-20 分鐘，這與DVh 變化趨勢吻合。反沖洗過程中向安全殼內吹入壓縮空氣，造成安全殼內空氣短時間內增大，公式2 中△m/△t 變大，減掉的Qsar 數值維持不變，故導致試驗當天日泄漏率Qld 數據異常。

KRT 通道半年定期維護試驗每年進行兩次，試驗前應確認安全殼泄漏率正常，防止與其他影響安全殼泄漏率的操作疊加，造成泄漏率高報警。

2.2 核島冷凍水系統冷水機組切換

20xx.12.11 某核電廠2 號機組出于功率運行階段，巡檢發現2 號機EPP 系統在12.9 和12.10 Qld 異常增大，Q160 數據未更新，出現"泄漏率有較大變化"報警。查看半小時報表，發現12.9 和12.10 安全殼內的平均溫度在兩天劇烈波動，變化幅度達到2 攝氏度，而安全殼內壓力平穩上漲，濕度為12.2±1hpa，Qsar 為8.92±0.18 m3/h，均保持平穩變化。經詢問主控得知在12.9 和12.10 兩天內核島冷凍水系統（DEG）有冷凍機組跳閘停運重啟、切換、抽冷媒等操作，導致DEG 冷水機組進出口水溫劇烈變化。

12.9 和12.10 兩天數據報表見表2；運行操作說明見表3；DEG 冷水機組入口（2DEG001MT）出口（2DEG001MT）水溫及安全殼內平均溫度見圖5。

表3 核電廠2 號機組DEG 冷水機組操作相關運行日志

對比DEG 冷水機組進出口水溫變化圖與安全殼平均、溫度壓力變化圖可知，兩天內安全殼內平均溫度變化與DEG 冷水機組調節操作在時間及趨勢上相吻合。當DEG 冷水機組跳閘重啟、切換造成冷水機組進出口溫度上升時，安全殼內冷卻不足，導致殼內平均溫度上升；當冷凍機導葉開度變大，冷水機組進出口水溫下降，冷水機組帶走熱量增多，導致殼內平均溫度下降。冷水機組調節操作短時間內造成殼內平均溫度劇烈變化，而對殼內平均壓力則影響較小，導致計算出的DVh 有較大波動，從而引起Qld 異常變化。12.11 冷水機組進出口水溫穩定，當日安全殼內平均溫度變化平穩，當日Qld 恢復正常。安全殼內濕空氣體積DVh 變化圖見圖6。

圖6 安全殼內濕空氣體積DVh 變化圖

核島冷凍水系統在正常運行狀態或熱停堆期間，兩套容量為50%的冷水機組處于工作狀態。冬季由于安全殼內溫度低，50%負荷運行的冷水機組一臺運行兩臺備用，且當冷凍機負荷低于額定負荷的30%，自動停止運行[4]。冬季冷凍機組跳閘重啟、切換、導葉開度調節等使運行操作使冷凍機進出口水溫較大變化，從而導致短時間殼內溫度變化較大，對當天日泄漏Qld較大影響。故應優化DEG 冷凍機的運行方式，采取將DEG 冷凍機組放手動將冷凍水出口低跳值調低，或再啟動一臺冷凍水泵提高冷凍水溫等措施[5]，維持DEG 冷水機組穩定運行。同時運行部門與泄漏率監督部門加強溝通，在冬季DEG 冷水機組切換前確認EPP 泄漏率監測系統狀態無異常報警，防止Qld 持續異常，造成安全殼泄漏率誤報警發生。

3 總結

安全殼泄漏率的在線監測數據具有一定的滯后性，當安全殼出現真實泄漏率時，要推遲5-7 天才能被EPP 系統監測到。為了及早發現安全殼泄漏，并排除誤報警，分析Qld 異常變化原因具有重要意義。本文通過分析研究，總結出在機組功率運行期間，KRT 通道半年定期維護試驗和冬季DEG 冷水機組動作可導致Qld 異常變化，造成"泄漏率有較大的變化"報警，這對運行操作具有重要指導意義。進行KRT 通道半年定期維護試驗與DEG 冷水機組操作時，應確認安全殼泄漏率正常，防止Qld 持續異常，避免觸發系統重新計算，造成在安全實際殼密封良好情況下，安全殼泄漏率Q160 誤報警的發生，從而保證機組安全穩定運行。