淺談縮短核電站安全殼打壓試驗時間的可行性

韓正　王雷　梁斌

【摘 要】在核電站10年大修期間需要實施安全殼打壓試驗以驗證安全殼滿足設(shè)計各項要求，由于試驗項目的特殊性，其工期占用大修關(guān)鍵路徑時間較長，如縮短試驗工期將能大大提高機組的經(jīng)濟性。本文設(shè)想使用成熟的新技術(shù)改進(jìn)安全殼打壓試驗，縮短試驗時間。

【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)計能承受設(shè)計基準(zhǔn)事故所引起的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力，在設(shè)計基準(zhǔn)事故工況下的溫度和壓力條件下提供良好的密封性能。

安全殼打壓試驗是用干空氣以一定的速率把安全殼充壓至設(shè)計壓力，模擬事故情況下的安全殼內(nèi)狀態(tài)，完成一些列試驗后按一定速率卸壓。在充壓、卸壓的各個壓力平臺對安全殼進(jìn)行強度檢查及變形檢查，以驗證其機械性能；在設(shè)計壓力平臺進(jìn)行泄漏率測量，以驗證其密封性能。

安全殼打壓試驗的特殊性導(dǎo)致無法與核島的其他工作同時開展，其占有10年大修的大約15%的主線時間，其中前期系統(tǒng)準(zhǔn)備約70h，實施約128h，系統(tǒng)恢復(fù)約46h，對大修工期有著很大的影響。

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

1 試驗分析

安全殼打壓試驗準(zhǔn)備期間必須對安全殼內(nèi)的所有系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行排水、對空和閥門開關(guān)等試驗狀態(tài)設(shè)置，恢復(fù)期間將它們設(shè)置到正常狀態(tài)。這兩部分工期通過電站的多次大修經(jīng)驗優(yōu)化已很難進(jìn)一步優(yōu)化。

而在安全殼打壓試驗實施階段，部分試驗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。其目前實施期間的基本的試驗和所需時間見圖1：

由此可見，試驗實施時間主要受制于兩個方面：壓力平臺時間和充卸壓速率。

2 壓力平臺時間

2.1 安全殼儀表系統(tǒng)（EAU系統(tǒng)）

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

其各平臺數(shù)據(jù)采集用于評價安全殼的彈性變形與計算結(jié)果相符合，在各個壓力等級下變化成線性可逆關(guān)系。

目前新建電站的EAU系統(tǒng)相對于舊電站的儀表均有所改進(jìn)，均可以采用特殊的測量儀器進(jìn)行數(shù)字化采集。如果對其系統(tǒng)進(jìn)行升級，增加自動化采集系統(tǒng)，實現(xiàn)實時采集，更能夠很好的判斷彈性變形與壓力的關(guān)系。

自動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[1-3]。直接對安全殼打壓試驗整個實施期間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可減少打壓試驗試驗壓力平臺，縮短工期。

2.2 核島-12.5m環(huán)廊的地形測量

RX-12.5m環(huán)廊的沉降變形在各個壓力平臺均有測量，與EAU系統(tǒng)測量同時進(jìn)行。使用數(shù)字化水準(zhǔn)儀測量環(huán)廊12個監(jiān)測點相對于基準(zhǔn)點的沉降，每次測量大約兩小時。

在對其他工業(yè)的類似測量中，可以臨時架構(gòu)出遠(yuǎn)程無線遙控測量機器人變形監(jiān)測系統(tǒng)[4]，對安全殼打壓試驗期間的-12.5m環(huán)廊沉降進(jìn)行實時或者固定周期進(jìn)行測量。

總體來說通過對EAU系統(tǒng)升級和增加臨時監(jiān)測系統(tǒng)，達(dá)到減少壓力平臺，直接充壓到目標(biāo)壓力平臺，縮短安全殼打壓試驗實施工期的目的。

2.3 泄漏率試驗

安全殼密封試驗時壓力的變化，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)驗表明，在壓力升高和降低的過程中，空氣在材料上的吸附和解吸的中間現(xiàn)象會改變泄漏率[5]，需要等待狀態(tài)趨于穩(wěn)定才能測量出準(zhǔn)確的泄漏率。

在安全殼試驗的開始階段，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）。要求在正式開始試驗前應(yīng)有一段穩(wěn)定的時間。

圖2為某電站的安全殼設(shè)計壓力平臺的24小時的質(zhì)量變化趨勢和泄漏率變化趨勢（紫色部分為前16小時變化趨勢，藍(lán)色部分為16-24小時變化趨勢）。

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

2.4 外觀檢查

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

從原始的搭設(shè)腳手架通過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)的混凝土損傷識別方法難以反映混凝土的損傷具體狀態(tài)，目前的無損檢測技術(shù)方法是可以獲得混凝土真實損傷。無損檢測技術(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)驗研究適合安全殼打壓試驗的檢測方式，可以提高檢測精度，消除天氣影響，避免僅能白天進(jìn)行測量的限制，并提高工作效率。

另外，可通過技術(shù)改進(jìn)保證設(shè)備安全和進(jìn)行泄漏監(jiān)測，取消1bar.g聽音檢查；或者增加部分承壓的持續(xù)監(jiān)測設(shè)備來保證核島內(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對安全殼進(jìn)行充壓，到達(dá)設(shè)計壓力大概需要30h。提供充壓速率能夠大大縮減試驗時間。提高充壓需要考慮到充壓的空壓機的能力、單個沖壓點的能力、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來實施。

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

目前，國內(nèi)還沒有相關(guān)機構(gòu)或單位開展這方面的研究，而法國同類型電站的在實際試驗中已經(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)和國外同行業(yè)的經(jīng)驗來看，可以從下面五大方面進(jìn)行改進(jìn)，提高試驗效率，縮短試驗工期：

（1）改進(jìn)EAU系統(tǒng)和地形測量系統(tǒng)，增加自動化采集，減少試驗平臺；

（2）改進(jìn)泄漏率計算方法，減少泄漏率試驗平臺時間；

（3）改進(jìn)外觀檢查技術(shù)，優(yōu)化試驗平臺時間；

（4）增大沖卸壓速率，減少沖卸壓時間；

（5）持續(xù)在線監(jiān)測設(shè)備，優(yōu)化部分試驗項目，減少平臺時間。

5 結(jié)束語

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

【參考文獻(xiàn)】

[1]亓躍峰，畢衛(wèi)紅，盧輝斌.大型橋梁分布式健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[Z].計算機測量與控制，2004.12.

[2]葉安洪.東江拱壩垂線自動監(jiān)測系統(tǒng)改造實踐及成果分析[Z].水電自動化及大壩監(jiān)測，2004.2.

[3]李勤奮，沈雪興.上海市地面沉降自動化監(jiān)測及信息管理系統(tǒng)[J].上海地質(zhì)，2000（3）.

[4]裴運軍.測量機器人在地鐵隧道自動化變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].湖南水利水電，2011（6）.

[5]江邦治.反應(yīng)堆安全殼密封（泄漏）試驗的原理與分析方法[J].核動力工程， 1990.2.

[6]鄧安仲，趙啟林.混凝土裂縫紅外熱成像分布式監(jiān)測技術(shù)研究[J].建筑材料學(xué)報，2013.4.

[責(zé)任編輯：王楠]