CPR1000核電機組安全殼試驗淺析

魏盛輝

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116319）

0 引言

安全殼是核電站第三道安全屏障，能夠包容和隔離，當反應堆發(fā)生LOCA（Loss of Coolant Accident 即一回路冷卻劑喪失）時，一回路釋放出的大量放射性和高溫高壓汽水混合物，以防止其對電站周圍環(huán)境產生危害。

根據RCC-G（86 版）規(guī)定，安全殼建成后首次裝料核燃料前應進行驗收性能試驗；安全殼試驗（Containment Test）即CTT，就是在模擬LOCA 事故條件下，檢測安全殼的強度和密封性能是否滿足要求，以確保其滿足上述核安全功能。

1 安全殼主要參數

安全殼是一個圓柱形的帶密封鋼襯里的單層預應力混凝土筒體，其底部用混凝土筏基封閉，頂部用準球形的混凝土穹頂封閉。頂部、筒體、底部均用預應力張緊而構成一個整體。安全殼設有為穿過管道所需的機械貫穿件、穿過電纜所需的電氣貫穿件、人員和設備進出的閘門、備用貫穿件等四類共168 個貫穿件。

安全殼的主要尺寸如下，整體構造如圖1 所示：

圖1 安全殼整體構造圖

2 試驗方法及驗收準則

安全殼試驗（containment test，簡稱“CTT”）包括強度試驗和密封性試驗兩部分，典型的CTT 試驗進度表如圖2 所示。

圖2 CTT 試驗典型進度表

2.1 安全殼強度試驗

安全殼強度試驗就是通過在不同壓力平臺完成安全殼外觀檢查、安全殼內觀檢查和EAU（安全殼試驗儀表系統）強度參數測量，綜合評估安全殼強度性能是否滿足要求。

2.1.1 安全殼外觀檢查

用目視檢查繪制安全殼混凝土外表面裂縫及缺陷圖，肉眼看不到的地方用高倍望遠鏡代替，檢查原則如下：

1）外觀檢查分三階段進行：充壓開始前、壓力峰值期間（4.83bar.g）和卸壓后；

2）對大于0.05mm 的裂縫和其它缺陷，如龜裂、蜂窩麻面、腐蝕、銹跡、露筋等作好記錄，并繪制在圖紙上；

3）裂縫寬度應記錄平均值和最大值；4）要記錄測量時的氣溫和天氣情況；5）裂縫測量記錄的要求是寬度誤差小于0.05mm，位置誤差小于10cm，長度誤差小于5cm。

2.1.2 安全殼內觀檢查

用目視檢查鋼襯里裂縫、焊縫開裂、油漆脫落等異常情況；用小錘檢查是否有空鼓并測量尺寸。檢查內容如下：

1）充壓開始前和卸壓后，對鋼襯里進行全面檢查，檢查包括：

——鋼襯里空鼓狀況（確定出現空鼓區(qū)域并做標記）

——氣閘門、貫穿件周圍的鋼襯里狀況

——油漆狀況

——焊縫狀況（所有焊縫目視檢查應無異常）

——穹頂、截椎體狀況

——襯里上的錨固板狀況

——其它各類缺陷

2）1.05bar.g 壓力平臺，檢查敏感部位（如氣閘門、貫穿件等周圍鋼襯里）情況，檢查包括：

——鋼襯里空鼓狀況

——油漆狀況

——焊縫狀況（所有焊縫目視檢查應無異常）

——其它各類缺陷

2.1.3 EAU 強度參數測量

1）安全殼混凝土結構局部變形

利用埋設在穹頂、筒體、筏基不同部位的52 個振弦應變儀（ASG）和相應處的36 個熱電偶溫度計（TC）來測量混凝土結構的應變并作溫度修正。以筒體為例，ASG 與TC 布置見圖3。

圖3 安全殼筒體應變計和熱電偶布置圖

2）筒體變形

安全殼筒體部分外側設置4 組鉛垂線，相隔約90°，每組有三套鉛垂線測量系統構成，其上端分別固定在安全殼外壁的三個不同標高（10m/26m/42m）。每組鉛垂線下端懸掛一重錘，重錘上部有一中間帶孔的讀數儀（同樣固定在殼外壁上），垂線從孔中穿過，垂線位置的變動，直接從讀數儀上讀出，進而測量安全殼筒壁的徑向彈性變形。鉛垂線布置如圖4 所示。

圖4 鉛垂線布置及示意圖

圖5 水準盒筏基布置圖

3）筏基彈性垂直變形

在混凝土筏基標高-5.80m 與-6.10m 之間的呈相互垂直布置的方向上埋設了13 個水準盒，每個水準盒與布置在同一標高處的安全殼外壁的參考水準盒相連通。筏基在不同受壓條件下，應用連通器原理測量測量出筏基13 個水準盒位置的沉降和筏基的環(huán)向變形。水準盒在筏基中布置見圖5。

4）安全殼預應力環(huán)廊變形

在-12.5m 預應力環(huán)廊外側，均布了12 個地形水準測量標志，通過精密光學水準儀進行測量不同壓力平臺下的安全殼相對于大地的沉降和筏基底板相關變形。水準測量標志布置見圖6。

圖6 水準測量標志布置圖

5）預應力鋼束張力變化

安全殼筒體是預應力鋼筋混凝土結構，筒體鋪設垂直和水平兩類預應力鋼絞線，垂直鋼絞線套管從預應力廊道上頂部標高-12.50m 到+51m，共144 根。垂直鋼絞線在預應力張拉完成后在套管內部加壓注入膨脹水泥漿以防止空氣腐蝕，僅1 號反應堆十字交叉每90 度處留出一根被嚴格控制垂直度的預應力鋼纜，即18 號、54 號、90 號、126 號預應力鋼纜，灌注特種油，然后在每根垂直鋼束的下端部（預應力廊道內）安裝了一個負荷傳感器，以測量其受壓時鋼束張力的變化。如圖7 所示。

2.2 安全殼密封性試驗

安全殼密封性試驗分為整體密封性試驗和局部密封性試驗。

2.2.1 整體密封性試驗

圖7 豎直鋼束及負荷傳感器安裝示意圖

采用“絕對壓力法”進行安全殼整體泄漏率測量，即測量安全殼內干空氣壓力的變化，并根據平均溫度和濕度變化加以校正。具體方法如下：空壓機組把清潔的壓縮空氣充入安全殼內并加壓至安全殼設計壓力平臺。安全殼內不同位置布置了59 個溫度測點和9 個濕度測點，以獲得其平均溫度和平均濕度。通過自動采集設備獲取殼內氣體壓力、溫度、濕度參數并根據相應的算法計算出安全殼整體泄漏率。

2.2.2 局部密封性試驗（即安全殼隔離閥密封性試驗）

經驗表明：數量很大的安全殼貫穿件隔離閥是安全殼泄漏的主要途徑。因此，為確保安全殼整體密封性能，在執(zhí)行安全殼整體密封性試驗之前，必須進行局部密封性試驗即安全殼貫穿件隔離閥密封性試驗且密封性需滿足要求。隔離閥密封性試驗有兩種測量方法：直接測量法和壓降計算法。

1）直接測量法

如圖8 所示，被試驗閥門為逆止閥C1 及手動閥V1。將閥門V1，V2，V3 關閉，打開t1，t2 閥門。被試驗閥門所在管路的一端通過閥門t1 充入壓縮空氣并通過調節(jié)閥使其維持恒定壓力Pc（Pc 為安全殼設計壓力），被試驗閥門所在管路的另一端t2 閥門接一流量計。流量計的讀數即為逆止閥C1 和手動閥V1 的泄漏率。

圖8

2）壓降計算法

壓降計算基本原理：向試驗回路充一定壓力的壓縮空氣，若被試驗閥存在泄漏，則試驗回路中壓力將下降。根據壓力的變化，通過計算可得出該閥門的泄漏率。根據隔離閥所在系統的工藝布置不同，壓降計算法又可細分為2A、2B、2C 等三種方法。

①2A 法

如圖9 所示，被試驗閥是V2。關閉V1，V2，V3 閥門，閥門V1 和V3 之間管路通過t1 閥門充入壓力為Pc 的壓縮空氣（Pc 為安全殼設計壓力），然后關閉t1。對V1 和V2 之間管路加壓到相同壓力Pc，記錄初始和最終的溫度和壓力，然后計算被試驗閥門V2 的泄漏率。

圖9

②2B 法

如圖10 所示，C1 是逆止閥，V2 是被試驗閥。關閉V2，V3 閥門。閥門C1 和V3 之間管路通過t1 閥門充入壓力為2Pc 的壓縮空氣（Pc 為安全殼設計壓力），保持t1 打開狀態(tài)。對C1 和V2 之間管路加壓到相同壓力Pc，記錄初始和最終的溫度和壓力，然后計算被試驗閥門V2的泄漏率。

圖10

③2C法

如圖11 所示，被試驗閥是t2。打開V1，V2 閥門，關閉t2 閥門，將緩沖罐及加壓設備加在t2 上，將緩沖罐及管路加壓至Pc，記錄初始和最終的溫度和壓力，然后計算被試驗閥門V2 的泄漏率。

圖11

2.3 驗收準則

2.3.1 安全殼強度試驗

根據RCC-G（86）標準，對于安全殼的機械性能與結構強度，沒有定量的驗收準則，但定性上要基本滿足：安全殼應變和形變隨殼內壓力成線性可逆變化，殘余變形量在正常范圍內。安全殼外觀無損傷，裂縫寬度隨殼內壓力成可逆變化。

2.3.2 安全殼整體密封性試驗

根據RCC-G（86）規(guī)定，在LOCA 后24 小時內安全殼整體泄漏率須小于0.3%反應堆廠房所含氣體質量，轉化到試驗條件（4.2bar.g，20℃）下，安全殼整體泄漏率須小于0.160%安全殼內干空氣質量/天（相當于16Nm3干空氣/小時）。

3 小結

安全殼建成后首次裝料核燃料前應進行驗收性能試驗，以檢測安全殼的強度和密封性能是否滿足要求。通過在不同壓力平臺完成安全殼外觀檢查、安全殼內觀檢查和EAU（安全殼試驗儀表系統）強度參數測量，綜合評估安全殼強度性能是否滿足要求；通過自動采集設備獲取安全殼內不同位置布置的59 個溫度測點和9 個濕度測點，根據相應的算法計算安全殼泄漏率以評估其密封性能。

安全殼試驗項目重大，本文僅側重從理論方面對試驗方法及驗收準則進行了淺析；要運作好此項目需要針對文件、工器具、人員培訓、部分專項的外部委托、現場實施環(huán)境等進行大量的前期準備；同時試驗參與人員多達200 人，涉及內外部眾多部門，需要成立專門的項目組定期召開會議來討論、協調、決策準備及實施過程中的各項問題以確保試驗的正常開展運作。

［1］RCCG-(法國)壓水堆核島土建設計建造法規(guī)[Z].法國電力公司，1986.

［2］嶺澳二期安全殼儀表系統設計手冊[Z].核工業(yè)第二研究設計院，2009.