核電廠安全級(jí)儀表精度計(jì)算分析

霍雨佳 王軍 范瑾 李亮 余俊輝

摘 要

安全級(jí)儀表是涉及核電廠安全的重要設(shè)備，其精度計(jì)算直接影響到核電廠運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性，本文對(duì)核電廠安全級(jí)儀表的精度計(jì)算進(jìn)行了研究，首先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)要求進(jìn)行了梳理和分析明確了相關(guān)計(jì)算要求，其次對(duì)精度計(jì)算的方法以及核電廠安全級(jí)儀表精度計(jì)算中需要考慮的影響項(xiàng)進(jìn)行了分析和研究，確定了精度計(jì)算中需要考慮的主要影響因素，給出了核電廠安全級(jí)儀表精度計(jì)算流程，最后通過(guò)示例說(shuō)明了核電廠安全級(jí)儀表的精度計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞

核電廠;安全級(jí)儀表;精度

中圖分類號(hào)： TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.047

0 引言

核電廠的安全性是核電廠發(fā)展的根本，沒(méi)有安全就無(wú)從談及核電的發(fā)展。在核電廠的設(shè)計(jì)中，一個(gè)重要理念就是通過(guò)事故安全分析為核電廠重要的安全參數(shù)設(shè)置不同的整定值，當(dāng)安全參數(shù)超過(guò)停堆或?qū)ＴO(shè)整定值后，相關(guān)系統(tǒng)就會(huì)觸發(fā)停堆或?qū)ＴO(shè)功能來(lái)確保反應(yīng)堆停堆或采取相應(yīng)措施，進(jìn)而保證核電廠異常工況不會(huì)造成嚴(yán)重的后果。

為了確保整定值設(shè)計(jì)的合理性，安全分析中會(huì)綜合考慮通道及儀表的誤差，以此作為依據(jù)來(lái)設(shè)置相應(yīng)的裕量。但是，如果裕量設(shè)置過(guò)大，會(huì)影響核電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，裕量設(shè)置過(guò)小，又會(huì)對(duì)核電廠的安全性造成影響，因此合理準(zhǔn)確地計(jì)算安全級(jí)儀表的誤差對(duì)核電廠的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著十分重要的意義。

1 標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)分析

1.1 標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)要求

對(duì)于核電廠設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)儀表測(cè)量誤差對(duì)于核電廠的安全運(yùn)行影響重大，因此我國(guó)在相關(guān)的法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)中均對(duì)此有明確的要求。

目前國(guó)內(nèi)法規(guī)體系對(duì)此有明確的要求，在HAF102中要求設(shè)計(jì)要保留適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以保證運(yùn)行狀態(tài)不超過(guò)設(shè)計(jì)限值，在HAD102/10及HAD103/01中分別要求明確反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)的預(yù)期精度以及規(guī)定的儀表漂移限值，EJ/T 799給出了上述法規(guī)及要求的細(xì)化要求。

國(guó)外主要是美國(guó)對(duì)于安全級(jí)儀表的精度計(jì)算較早就完成了全體系的法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)要求，其中10CFR50.36作為頂層法規(guī)要求，核管會(huì)根據(jù)具體法規(guī)要求出版了導(dǎo)則RG1.105指導(dǎo)如何開(kāi)展儀表不確定度計(jì)算，規(guī)范類導(dǎo)則ANSI/ISA-67.04.01以及方法類標(biāo)準(zhǔn)ISA-RP67.04.02[1]指導(dǎo)具體的計(jì)算方法，可以看到美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)從上層法規(guī)到指導(dǎo)文件再到最終的方法標(biāo)準(zhǔn)，其體系較為細(xì)化，可操作性較強(qiáng)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)分析

國(guó)內(nèi)的EJ/T 799與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相比，在具體執(zhí)行的方法細(xì)則上的要求還不夠具體，但是從執(zhí)行層面來(lái)看，兩套標(biāo)準(zhǔn)的具體要求是一致的[2]，都明確了安全限值和分析限值的具體要求，安全限值與分析限值之間應(yīng)該考慮裕量，其中分析限值與安全限值之間的裕量應(yīng)該包括從信息采集、處理到動(dòng)作的全過(guò)程精度。

標(biāo)準(zhǔn)中明確要求對(duì)于安全級(jí)儀表的精度計(jì)算除了要考慮儀表本身的精度外，還要考慮信號(hào)處理裝置以及動(dòng)作部件的精度，所有儀表相關(guān)的影響因素都需要考慮，主要包括電壓、電源、溫度等，同時(shí)還推薦了相關(guān)的計(jì)算方法。

2 安全級(jí)儀表誤差計(jì)算方法及影響分析

2.1 計(jì)算方法

2.2 儀表本體誤差

影響儀表誤差的因素有很多，其中一個(gè)就是儀表自身測(cè)量機(jī)理的誤差，這種誤差我們稱之為參考精度，該誤差一般是由儀表廠家提供，儀表廠家會(huì)通過(guò)對(duì)同一類型的儀表進(jìn)行大量統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算得到一個(gè)置信度的誤差，該誤差由儀表的原材料及標(biāo)準(zhǔn)制作工藝來(lái)保證，在核電廠安全級(jí)儀表的誤差計(jì)算中直接引用廠家數(shù)據(jù)。

2.3 運(yùn)行周期誤差

核電廠安全級(jí)儀表主要是布置在環(huán)廊中，因此在運(yùn)行期間維修人員無(wú)法進(jìn)入核島進(jìn)行校準(zhǔn)，因此需要根據(jù)不同電廠的定期校準(zhǔn)計(jì)劃考慮不同儀表的校準(zhǔn)周期，目前國(guó)內(nèi)的核電廠大部分都過(guò)渡到了長(zhǎng)循環(huán)階段，因此最少18個(gè)月才能對(duì)儀表進(jìn)行一次校準(zhǔn)，部分儀表的校準(zhǔn)間隔周期更長(zhǎng)，因此運(yùn)行周期誤差是儀表精度計(jì)算的一個(gè)重要考慮因素。

2.4 環(huán)境影響誤差

大部分安全級(jí)儀表除了需要在正常工況下執(zhí)行測(cè)量功能以外，還需要在異?；蛘呤鹿使r下正常執(zhí)行其測(cè)量功能，而且事故工況下的精度計(jì)算直接影響到保護(hù)系統(tǒng)及專設(shè)安全的執(zhí)行。在事故條件下，環(huán)境溫度和壓力顯著升高，這對(duì)儀表的精度也有明顯的影響。另外儀表供電電壓。

2.5 靜壓影響誤差

對(duì)于差壓儀表來(lái)說(shuō)，由于生產(chǎn)期間儀表通常是對(duì)兩側(cè)通標(biāo)準(zhǔn)氣壓進(jìn)行校準(zhǔn)，但是在核電廠使用期間可能兩側(cè)同時(shí)施加高達(dá)15Mpa的靜壓，在這種情況下儀表的校準(zhǔn)就可能出現(xiàn)誤差[3]。

3 綜合精度計(jì)算示例

3.1 計(jì)算流程

根據(jù)核電廠安全級(jí)儀表的計(jì)算方法及精度影響因素本文總結(jié)出了核電廠安全級(jí)儀表的計(jì)算流程，詳見(jiàn)圖1。

3.2 影響分析

選取核電廠蒸汽發(fā)生器寬量程水位ARE010MN為計(jì)算示例，該儀表用于測(cè)量蒸汽發(fā)生器的寬量程水位，在事故及事故后需要用于監(jiān)測(cè)蒸汽發(fā)生器的水位變化情況，以此來(lái)指導(dǎo)事故的實(shí)時(shí)處理。

該儀表選型為Rosemount公司的1154DH型儀表，水位差壓為-151.2kPa～43.5kPa，選取的量程代碼為5，該選型的儀表量程為0～186.4kPa，根據(jù)計(jì)算流程我們首選獲取其基準(zhǔn)精度為0.25%，其次我們需要考慮影響儀表精度的不同誤差。

運(yùn)行周期誤差應(yīng)該按照儀表實(shí)際運(yùn)行周期執(zhí)行，但是目前均使用國(guó)內(nèi)核電的18個(gè)月?lián)Q料周期來(lái)考慮，選取該周期是一種較為保守的算法，因?yàn)楹穗姀S安全級(jí)儀表都有4個(gè)保護(hù)組的儀表對(duì)同一參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此當(dāng)其中一個(gè)儀表出現(xiàn)較大偏移時(shí)，可以通過(guò)交叉比較的方式來(lái)進(jìn)行人為校準(zhǔn)，這就避免了長(zhǎng)期不校準(zhǔn)帶來(lái)的運(yùn)行隱患。

環(huán)境影響主要考慮溫度影響，環(huán)境壓力對(duì)儀表沒(méi)有影響可以忽略，這里需要注意的是，如果是事故后需要使用的儀表，那么儀表布置位置所處的事故后環(huán)境需要進(jìn)行計(jì)算，一次來(lái)判斷儀表的事故后精度。另外，還需要考慮儀表供電電壓的變化對(duì)儀表精度的影響。

ARE010MN測(cè)量蒸發(fā)發(fā)生器的水位，在測(cè)量期間其兩側(cè)聯(lián)通蒸汽發(fā)生器，這樣變送器兩側(cè)同時(shí)受到8.5Mpa的壓力，因此計(jì)算時(shí)需要將靜壓影響也考慮在內(nèi)。

3.3 計(jì)算

4 結(jié)論

本文通過(guò)核電廠安全級(jí)儀表精度計(jì)算相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)的梳理和分析明確了精度計(jì)算要求，對(duì)精度的計(jì)算方法以及計(jì)算中需要考慮的影響項(xiàng)進(jìn)行了分析和研究，確定了影響精度計(jì)算的主要因素，提出了核電廠安全級(jí)儀表精度計(jì)算流程，通過(guò)示例給出了核電廠安全級(jí)儀表的精度計(jì)算方法，對(duì)核電廠安全級(jí)儀表在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的精度計(jì)算進(jìn)行了有益的探索。

參考文獻(xiàn)

[1]ANS/ISA-67.04.02，Methodologies for the determination of setpoints for nuclear safety-related instrumentation[S].ISA.2000.

[2]馬旭升.核電站重要儀表測(cè)量通道的不確定度計(jì)算方法[J].自動(dòng)化儀表，2012，07.

[3]IAEA Safety Guide 50-SG-D3-1980. Protection system and related features in nuclear power plants.