核電站溫度傳感器應(yīng)把握的問題

【摘要】 我國是較早擁有核技術(shù)的國家，在核技術(shù)領(lǐng)域上的應(yīng)用也很廣。如今，核技術(shù)在發(fā)電方面的利用廣泛，而對于核電站在溫度控制方面要求是非常嚴(yán)格的。本文主要對核電站溫度測量進(jìn)行了闡述，希望能夠?qū)囟扔?jì)量人員和核電站工作人員有一定的啟發(fā)和幫助。

【關(guān)鍵詞】 核電站;溫度傳感器;核反應(yīng)堆;熱電偶

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2020.01.001

Abstract： China has mastered the nuclear technology early，and it is widely used in the field of nuclear technology. Nowadays，nuclear power generation is one of the main power supply technology means in our country，but the requirements for temperature control of nuclear power plants are very strict. This paper mainly described the nuclear power plant temperature measurement，hoping to have some inspiration and help to the temperature measurement personnel and nuclear power plant staff.

Key words： nuclear power plant;temperature sensor;nuclear reactor;thermocouple

核電站現(xiàn)場應(yīng)用的測量傳感器種類繁多，其中溫度傳感器是核電站測量與監(jiān)控環(huán)節(jié)的重要組成部分，配合儀表顯示溫度測量與監(jiān)控信息，并對超限的溫度參數(shù)發(fā)出警報(bào)。溫度傳感器對核電站的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的作用，對核電站的安全提供了重要保障。所以對核電站用溫度傳感器的研究具有重要的意義。

1 核場熱電偶測溫特點(diǎn)

核電站在溫度傳感器方面的使用與熱電廠的汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷卻及循環(huán)水系統(tǒng)等用的溫度傳感器幾乎相同。核反應(yīng)堆是由核反應(yīng)堆壓力容器及其內(nèi)插入的核燃料爐內(nèi)結(jié)構(gòu)件、控制棒及其驅(qū)動裝置等組成。核反應(yīng)堆是通過移動控制棒進(jìn)行控制，由其中的溫度傳感器得到溫度信息，使其不超過反應(yīng)堆壓力容器的熱壓界限。因此，溫度量值是保證核反應(yīng)堆正常運(yùn)行的重要前提。

熱電偶應(yīng)用于原子反應(yīng)堆測溫時(shí)，熱電極材料在熱中子和快中子流輻照下，使材料的化學(xué)成分發(fā)生變化，導(dǎo)致在核場中的熱電偶熱電性能不穩(wěn)定。這種不穩(wěn)定的程度與組成熱電極材料的中子俘獲截面積大小有關(guān);與核輻照時(shí)產(chǎn)生的同位素是否穩(wěn)定有關(guān);與所產(chǎn)生的不穩(wěn)定同位素的半衰期有關(guān)。

通過實(shí)驗(yàn)表明，K型、E型熱電偶適用于原子反應(yīng)堆中測溫，而J型熱電偶次之，T型熱電偶最差。

目前，原子反應(yīng)堆在1200 ℃以上的測溫問題還沒有很好解決。當(dāng)溫度高于2000 ℃以上時(shí)，常用WRe熱電偶測溫，但由于錸的中子俘獲截面積大、易嬗變，使其熱電性能不穩(wěn)定。因此，當(dāng)對1700 ℃以上的反應(yīng)堆進(jìn)行溫度測量時(shí)，多采用MoNb和雙MoNb合金熱電偶進(jìn)行測溫。

2 核電站測溫需注意的幾個(gè)問題

2.1 核電站用溫度儀表的一般要求

隨著我國能源結(jié)構(gòu)的變化，核電站是我國能源投資的重點(diǎn)之一。鑒于人們對核能利用的安全和對環(huán)境影響的重視，用于核反應(yīng)堆、核電站的溫度傳感器、溫度/溫差變送器，除了常規(guī)要求外還要進(jìn)行以下試驗(yàn)。

2.1.1 熱老化試驗(yàn)

該試驗(yàn)是驗(yàn)證儀表在加速熱老化環(huán)境作用下和作用以后的基本性能。試驗(yàn)方法是按照所選擇的溫度、時(shí)間，將儀表置于恒溫箱中進(jìn)行試驗(yàn)。該試驗(yàn)在達(dá)到規(guī)定的溫度和時(shí)間后，儀表仍能符合規(guī)定要求的才可以使用。

2.1.2 輻照試驗(yàn)

該試驗(yàn)是驗(yàn)證儀表在試驗(yàn)后能否滿足規(guī)定要求。輻照試驗(yàn)方法是以不低于2×103GY/h的劑量率進(jìn)行γ射線輻照試驗(yàn)，待儀表經(jīng)過輻照后，應(yīng)能符合規(guī)定要求才可以使用。

2.1.3 抗地震試驗(yàn)

該試驗(yàn)是考核儀表的抗震性能的試驗(yàn)，儀表經(jīng)過抗震性能試驗(yàn)檢測合格之后方可使用。

2.1.4 事故工況試驗(yàn)

核電站用溫度儀表必須逐件（臺）檢驗(yàn)，并附有證明產(chǎn)品質(zhì)量合格的文件。對鎧裝熱電偶用主要材料，要求由具有資質(zhì)的第三方出具有關(guān)材質(zhì)分析測試報(bào)告。

2.2 核電站測溫實(shí)例

1）高溫氣冷反應(yīng)堆——回路測溫用鎧裝熱電偶組件。該組件包括回路氦氣測溫鎧裝熱電偶組件、堆內(nèi)構(gòu)件測溫鎧裝熱電偶組件和壓力殼表面測溫鎧裝熱電偶組件。下面將鎧裝熱電偶技術(shù)性能介紹如下。

①主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示;

②安全等級：1E級;

③抗震等級：I類;

④質(zhì)量保證：QA1級;

⑤熱電偶套管材料及外徑：316 L，Ф3.175 mm。

目前，國產(chǎn)核級熱電偶及鉑電阻已在國內(nèi)核電站中正常運(yùn)行，已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)傳感器替代進(jìn)口傳感器。

2）我國最早建成的核電站是秦山核電站，而且秦山核電站至建成以后運(yùn)行一切正常，下面將它所使用的WZP-2312（N）鉑熱電阻溫度計(jì)技術(shù)性能介紹如下。

①主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示;

②安全等級：1E級;

③質(zhì)保等級：QA1級;

④抗震等級：I類;

⑤抗輻射能力：≥2×105GY;

⑥接線盒材料：1Cr18Ni9Ti;

⑦保護(hù)管材料：316 L。

3 核電測溫的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參考

目前我國的核能技術(shù)開發(fā)很廣，核電站的發(fā)展也很快，通過以往的經(jīng)驗(yàn)來看，核電站在使用鎧裝熱電偶方面必須要滿足一定的技術(shù)條件。用于核場的高可靠性K型和N型鎧裝熱電偶技術(shù)條件如下，其中絕緣電阻見表3，鎧裝熱電偶尺寸及允差見表4。

以上為核電站鎧裝熱電偶的尺寸及允差標(biāo)準(zhǔn)，便于我們今后在核能溫場的控制利用上參考借鑒。

4 結(jié)語

目前的核電站是利用核裂變反應(yīng)而產(chǎn)生發(fā)電，它效率高，利用少量的能源就能產(chǎn)生巨大電能，而且節(jié)約資源，大大減少有害氣體、溫室氣體的排放，保護(hù)環(huán)境，減少霧霾。但是核事故所造成的危害非常巨大。這就為我們在核能的使用和控制等方面提出了更高的要求，作為溫度計(jì)量工作人員在對核電站進(jìn)行溫度計(jì)量時(shí)一定要好好把握，認(rèn)真學(xué)習(xí)，將我國的核能開發(fā)研究事業(yè)推向新的高度。

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【作者簡介】

馮天宇（1987-），男，工程師，碩士，研究方向?yàn)榕ぞ亍⑥D(zhuǎn)速、測速和檢車線專業(yè)的檢測。