低温对压水堆核电厂安全壳泄漏率测量的影响分析

李少纯，赵健

（中广核工程有限公司，广东 深圳 518124）

低温对压水堆核电厂安全壳泄漏率测量的影响分析

李少纯，赵健

（中广核工程有限公司，广东 深圳 518124）

温度是压水堆核电厂安全壳泄漏率测量与计算的重要参数。在进行安全壳泄漏率测量时，若壳内温度梯度过大，可能导致泄漏率不确定度计算不收敛，无法得到正确结果。温度过低也可能导致核岛内空气结露，影响仪表及泄漏率计算。通过分析过往试验的数据，确定低温如何影响泄漏率结果，并根据分析结果优化试验条件，降低试验风险。

安全壳试验；低温；泄漏率

1 安全壳泄漏率计算简述

压水堆核电厂安全壳泄漏率计算基于绝对法，即计算安全壳内干空气质量的变化来推导泄漏率。

该计算公式如下：

式中，M——安全壳内干空气的质量；

P——安全壳内的绝对压力；

H——安全壳内的水蒸气分压；

V——安全壳的自由容积；

R——干空气的理想气体常数：R=287.14J/kg·K；

T——安全壳内平均温度(K)。

对公式(1)进行数学变换，相对气体质量变换的表达式为：

2 温度梯度对于泄漏率不确定度计算的影响

2.1 泄漏率不确定度计算

安全壳泄漏率不确定是安全壳泄漏率试验结果的最重要组成部分，它表征的是安全壳泄漏率测量结果的可信度，并且与泄漏率的收敛有关系，一般情况下，未收敛的工况其不确定度值偏大。

泄漏率不确定度的计算首先要确定各分量（温度、湿度、压力）不确定度，根据各分量计算合成标准不确定度，最终根据包含因子确定扩展不确定度。计算合成标准不确定度，首先要确定几个不确定度的分量为无关分量，如果有相关的量，应将相关量继续分拆为无关量，所以原则是避开相关，化为无关。

如果各分量之间为相加减关系，则合成标准不确定度为：

在合成标准不确定度确定以后，根据扩展因子k的值确定最终的扩展不确定度：

2.2 温度不确定度分量

不确定度可以分为A类不确定度及B类不确定度。A类不确定度是针对重复测量得到的结果，运用统计学方法进行计算得到的不确定度分量。B类不确定度主要是用非统计方法对不确定度进行计算得到的分量，主要来源一般有：

（1）经验数据；

（2）对测量仪器特性的了解；

（3）校准证书、检定证书等文件提供的数据、准确度的等级；

（4）资料给出的参考数据及其不确定度；

（5）规定实验方法的国际标准中给出的数据。

温度分量的A类不确定度由以下公式确定：

式中：Vi——与第i个探头所占的体积单元；

V——安全壳内的总体积；

PiT——第i个探头的温度变化梯度；

平均温度变化梯度为：

温度分量的B类不确定度主要来自于仪表的校准不确定度，对于CPR1000所采用的PT100，其温度校准参数为0.2%，因此可以得到校准不确定度：

由上述两个公式（6）与公式（7）可以得出，温度的不确定度Ut1和Ut2均与温度的变化率有直接关系。

2.3 温度不确定度分量所占比例

根据北方寒冷地区某核电厂A，南方地区某核电厂B、C的安全壳打压的数据，将温度不确定度分量占整体不确定度的比例进行对比分析，分别选取电站A上升阶段4.2bar、电站A下降阶段4.2bar、电站B上升阶段4.2bar、电站C上升阶段4.2bar进行对比。

图1 电站A上升阶段温度不确定度分量比例

图2 电站A下降阶段温度不确定度分量比例

图3 电站B上升阶段温度不确定度分量比例

上述4张图标的数据均是由同一设备进行采集和计算得到的，从图中明显看出，电站A无论是上升阶段还是下降阶段，其温度不确定度分量所占的比例一直维持在50%以上，而电站B温度不确定度分量比例在稳定阶段只占整体不确定度分量的10%左右，电站C温度不确定分量的比例大约维持在10%～30%之间。

图4 电站C上升阶段温度不确定度分量比例

2.4 温度对不确定度影响分析

结合各安全壳试验的时间、环境温度以及岛内的平均温度列出结果表格如下。

表1 温度不确定度比例结果分析表格

从表1中可以看出，岛内温度与环境温度的差值导致了泄漏率测量过程中的温度梯度变化，并直接影响了温度不确定度在整体不确定度中的比例。因此在寒冷的天气条件下进行安全壳试验，由于核岛的厂房与空压机对气体压缩加热的共同结果，必然导致岛内温度远高于环境温度，造成的影响是温度不确定度一直偏大，对于泄漏率结果的收敛有直接影响。

3 温度低导致结露

根据泄漏率计算公式（2）可知，如果岛内的空气相对湿度过大，使空气饱和后结露，则直接导致泄漏率计算结果不正确。

根据露点的计算公式：

式中，Pv：蒸气分压。

当Pv＞611.2Pa时，b1=-35.975，b2=-1.8726，b3=1.1689。

电站A在北方寒冷地区，安全壳试验期间4.2bar压力平台蒸气分压大约为800～850Pa，计算得到相应的露点温度为3.73～4.57℃，而实际岛内的温度为11℃左右，两者的差值很小，如果充入核岛内的空气品质恶化，湿度增加或者温度下降，有可能导致空气饱和而结露，造成泄漏率计算结果错误。

4 结论及应对措施

根据上述两部分内容的分析，可以得到在低温寒冷的条件下进行安全壳打压试验，由于空压机的压缩加热作用必然导致安全壳内外温差大，并引起温度梯度变化，温度不确定度成为整体不确定度的主要部分，对于泄漏率结果的收敛有直接影响；在低温寒冷条件下进行安全壳试验，由于核岛内空气温度较低，可能产生结露现象，结露后会导致泄漏率计算不正确，并且影响后续湿度计的读数。因此低温寒冷地区进行安全壳试验，需对充入核岛内的压缩空气品质严格要求，保证其露点温度远低于核岛大气的温度；充卸压过程尽量保持平稳缓慢，尽量使充入核岛内的空气温度接近核岛内的温度，在必要时需在安全壳打压试验前通过空压机对核岛内的空气进行换气操作，降低核岛内的温度梯度，从而降低温度不确定度对于泄漏率的影响。

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：1671-0711（2017）09（下）-0086-03