900MW压水堆核电厂RIC中子测量系统密封段泄漏报警原因分析

唐兴江+姜磊+潘瑞堂

【摘 要】某核电厂在日常运行过程中，多次闪发RIC密封段泄漏探头报警，影响机组的安全稳定运行。论文通过分析报警产生的原理，提出相应的处理措施，对核电站的长期安全运行有积极作用。

【Abstract】During the daily operation in a nuclear power plant， the RIC nozzle alarm appears repeatedly， which imperils the plants safe and stable operation greatly. In this paper， by analyzing the principle of alarm， paper puts forward the corresponding measures. This has a positive effect on the long-term safe operation of nuclear power plants

【关键词】核电厂；报警；原因分析

【Keywords】nuclear power plant； alarm； cause analysis

【中图分类号】TL362 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0173-02

1 背景介绍

1.1 RIC中子测量系统介绍

RIC中子测量系统的主要作用是提供堆芯中子通量分布图，同时在不同的反应堆功率平台下，检查堆芯功率分布是否与所期望的相符、监测燃料组件的燃耗、校准堆外核仪表、探测堆芯是否偏离正常运行等功能。

此系统通过计算机发出命令，控制就地的机械设备来驱动中子测量探头进入不同的测量通道，实现堆芯内部中子剂量率的采集，采集的数据存储在本地计算机上，进行处理后得到堆芯的中子剂量率分布图。

测量通道通过密封组件、导向管进入到反应堆压力容器，从而使探头能进入堆芯进行准确测量。其中，密封组件主要作用是防止测量通道外的高压一回路冷却剂泄漏，是一种特殊形式的密封圈保证导向管与测量通道之间而可靠的静态和动态条件下的密封，在两道密封之间装有泄漏探测系统。

1.2 泄漏探测系统原理介绍

RIC中子测量系统上位机将220VAC转为48VDC后，作为泄漏探测系统的电源。此外，泄漏探头的芯和外壳分别作为正负极，两极之间使用塑料绝缘材质隔离，当探头测量腔室内存在足够多的水后，则会导致两极之间阻抗降低。系统通过监测电阻信号变化来判断密封组件是否存在泄漏。

2 故障实例

某核电厂首轮大修期间，在一回路超压实验中，出现多个密封段泄漏探头报警，且部分报警分为闪发和持续报警两种状态，人员现场确认发现，报警持续存在的密封组件处的泄漏率约为2滴/30s，其余的密封组件未发现明显异常。

实验结束后，检修人员拆下密封段泄露探头，发现探头表面及测量腔室内存在较多的水迹和红褐色沉淀物，通过擦拭清洁及干燥处理后，报警消除。

3 故障原因分析

3.1 报警产生机理

如图1所示，探头中心的芯作为正极，外壳作为负极，两者之间通过塑料绝缘体进行绝缘，探头下方为供电电缆。当探头腔室内存在水将两极导通后，使得48V电回路导通，从而触发报警。

3.2 水来源分析

3.2.1 凝结水

当环境温度变化，空气的冷凝水会产生凝结，从而形成水滴落在探头表面，如果测量腔室内的空气湿度过大，很可能形成水滴导致出现泄漏报警，下面对这种可能性进行分析：

通过测量密封组件测量腔室的内部结构发现，测量腔室长约30mm，直径为10.2mm，其中，穿过密封组件内部的测量通道外径为8.6mm。因此，探头测量腔室实际为环状的圆柱体，通过计算公式可以大致算出腔室空间V：

V=π*5.12*30-π*4.32*30≈708.384mm3

①空氣中水的含量与温度及湿度有关，当空气温度为25℃，湿度为100%时，空气中水含量约为20g/m3，水的含量与空气温度及湿度的大小成正比。

②以25℃，100%湿度为例，可计算出此空间内的空气水含量为：

20*708.384*10-9=1.417668*10-5（g）=1.417668*10-5（ml）

③实际环境温度可以通过监测可以看到约为20℃，实际湿度也低于100%，那么空气中的含水量也远低于此计算值，现实中也不会出现空气中水完全冷凝的情况。

④在实验室使用纯净水进行泄漏报警实验，模拟报警持续约12小时后，停止实验，拆下探头发现探头表面水迹较清澈，表面存在红褐色的漂浮色，如图右侧两张图片。

3.2.2 一回路冷却剂泄漏模拟

①在实验室使用与一回路硼浓度相同的水溶液进行模拟泄漏报警实验，模拟报警持续约6小时后，停止实验，拆下探头发现探头表面及腔室下部存在较多红褐色沉淀物，如图左侧两张图片所示。

②对探头进行清洁发现，红褐色沉淀物擦除后，探头

表面存在少量染色，通过擦拭无法消除，且擦下的沉淀物在触摸时有颗粒感。经分析，此颗粒为硼水蒸发而析出的硼结晶。

③通过对比还发现，在产生红褐色的速度方面，硼水溶液明显快于纯净水。

3.2.3 红褐色的产生原理分析

当不纯的金属跟电解质溶液进行接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属会失去电子而被氧化，发生原电池反应的条件如下：

①活泼性不同的两个金属电极。

②导线连接电极构成回路（或者直接接触）。

③电解质溶液。endprint

④一个自发进行的氧化还原反应 。

⑤化学反应的速率与电解质溶液的温度和正负离子运动快慢有关。

对于铁制品，主要的反应分为下面两种：

①吸氧腐蚀（钢铁表面吸附水膜为弱酸性或者中性时）

Fe-2e-=Fe2+；O2+2H2O+4e-=4OH-

总反应方程式： Fe+O2+2H2O= Fe（OH）2，

②析氢腐蚀（电解质溶液为强酸环境）

Fe-2e-=Fe2+，Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H2↑；2H++2e-=H2↑

总反应方程式：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

Fe（OH）2被氧气氧化后，生成Fe（OH）3，脱水后生成Fe2O3，其中Fe（OH）3为红褐色。可以看出，两种反应方式都会产生红褐色的Fe（OH）3。

3.2.4 泄漏报警反应过程

综合上述分析，产生泄漏报警同时具备了所有原电池反应条件：

①活泼性不同的两个金属电极：泄漏探头的上下两端

②导线连接电极构成回路：一回路冷却剂进入后的直接导通

③电解质溶液：弱酸性硼水溶液

④一个自发进行的氧化还原反应

因此，在泄漏报警的故障处理中，总是伴随着红褐色沉淀物的出现，且沉淀物的多少与水量的多少密切相关

4 结论分析

结合现场检修和上述分析可以得到以下结论：

①根据设备结构可以看出，因为泄漏探头安装后腔室处于密闭状态，如果出现泄漏报警，那么原因很可能是密封组件密封不良导致，需要及时排查密封组件的密封效果。

②泄漏探头上的红褐色沉淀物是硼水溶液中析出的硼结晶被染色后形成。

③单一的更换探测探头和清洁探头腔室不能从根本解决问题，需要对密封组件力矩进行复核，并适当的增加力矩，可有效避免泄漏情况发生

5 处理措施建议

针对以上故障分析和结论，建议使用以下方式进行处理：

①核实密封组件的紧固力矩，确保合适的紧固力矩并定期进行復核，确保密封效果，如果增大力矩仍然不满足要求，需要进一步检查内部垫片的密封面是否存在损伤或者变形，必要时进行整体更换密封组件。

②对测量腔室进行检查，防止腔室内存在杂质，例如金属粉末，水迹等造成误报警的出现。

③探测回路的电缆及接线进行排查，防止在电缆的铺设接头制作中，剥离的电缆导线形成异物导致正负极短接。endprint