安全壳泄漏率监测系统日泄漏率异常现象研究

郭晓龙

关键字安全壳；日泄漏率；监测；高报警

0 前言

反应堆安全壳作为核电站的第三道安全屏障，在核电站正常运行以及事故工况下必须能够包容壳内的放射性物质，以避免其泄漏到大气中对周围环境及社会公众造成危害，为此必须要求安全壳有很高的完整性。

某核电厂的最终安全分析报告及运行技术规格书都规定了机组正常运行的泄漏率限值和后备模式，即在60hpa 表压下，安全壳的泄漏率（Q160）应满足Q160≤5 Nm3/h。一旦泄漏率超过5 Nm3/h，必须立即查找泄漏原因[1]。

安全壳日泄漏率（Qld）是计算安全壳泄漏率（Q160）的关键数据，本文对核电机组功率运行期间Qld 异常情况进行研究，分析总结出对日泄漏率有影响的定期试验和运行操作，运行期间应避免因这些试验和操作造成Qld 持续异常而导致Q160 高报警现象的发生。

1 核电厂E P P 系统介绍

1.1 计算原理

该核电厂的安全壳是带有钢衬里的预应力钢筋混凝土结构。在机组正常运行期间，影响安全壳压力的主要因素有（如图1 所示）。

图1 安全壳内的气体质量平衡图

（1）安全壳内水蒸气的凝结和蒸发。

（2）核岛仪表压缩空气系统（SAR）压缩空气因调节阀的动作而注入（Qsar）。

（3）安全壳内其他承压设备的异常泄漏（称为寄生泄漏Qp）。

（4）安全壳贯穿件的泄漏（Qleak）。

泄漏率计算的物理模型采用简易模型，即用理想气体的状态方程PV＝mrT（其中r＝R/m0，R 为理想气体常数）来计算整个安全壳内总的气体质量的变化率Δm/Δt：

令日平均泄漏率Qld＝Qleak＋Qp，则

公式2 中，Qsar可以从电厂SAR001MD 流量计得到，而对Δm/Δt 的计算可转化为湿空气标准体积变化DVh 的求解。

图2 Qld 计算示意图

EPP 系统每半个小时利用所采集的数据进行一次计算，算得湿空气标准体积变化（DVh），这样一天就有48 个DVh 点。Qld 就是DVh=f（t）曲线的斜率（如图2 所示）。

图3 泄漏率曲线

机组连续运行时，安全壳内外压差（以下称为ΔP）将在-40～+60hPa 之间变化，EPP 系统每天计算得出一个ΔP 数据和一个Qld 数据。绘制20 天的（ΔP，Qld）的散点图，利用线性回归法得到泄漏率曲线，如图3 所示，曲线的斜率为α，则Q160=60·α，Q160 揭示的是安全壳的泄漏即安全壳贯穿件的泄漏，它比绝对泄漏率更形象直观地反映了安全壳泄漏情况[2]。

1.2 EPP 系统报警说明

运行期间，安全壳泄漏率Ql60 正常情况下需要20 天正常的日泄漏率和安全壳内外压差数据。若日泄漏率Qld 异常，则（ΔP，Qld）偏离拟合曲线，说明安全壳泄漏率可能发生了变化，系统会发出报警提示。《EPP 项目运行维护手册》中对日泄漏率Qld 异常情况报警说明如下：

（1）泄漏率轻微变化，不参与Ql60 计算。

（2）泄漏率较大变化，不参与Ql60 计算。

当连续7 天中有5 天数据都显示（1）或（2）情况，且压差超过15 hpa 时，系统生成新的Ql60，并显示"泄漏率状态已改变"报警[3]。

出现日泄漏率Qld 有异常变化时需要重点关注，及早确认Qld 异常原因，判断安全壳是否真正发生泄漏。功率运行期间一些定期试验和运行操作也会造成Qld 异常，对此分析总结，不仅可以快速判断安全壳是否真实泄漏，而且可优化运行操作，防止这些定期试验和运行操作叠加造成Qld 持续异常，导致Ql60 重新计算触发泄漏率高报警情况的发生。

2 日泄漏率异常情况分析

2.1 辐射防护监测系统通道半年定期维护试验

表1 3 号机组10 月安全壳泄漏率在线监测系统数据报表

20xx.10.27 日某核电厂3 号机组处于功率运行阶段，巡检EPP 系统发现10 月26 日日泄漏率Qld 异常增大为6.55 Nm3/h，当日Q160 未更新。查询半小时报表，对3 号机组20xx.10.26 安全壳湿空气体积（DVh）分析发现DVh 在10:30-12:00 内增大了135 Nm3。20xx.10.26 安全壳泄漏率在线监测系统数据报表见图4，安全壳湿空气体积DVh 变化曲线见图4。

图4 3 号机组20xx.10.26 安全壳DVh 变化曲线

查找运行日志发现，在26 日10:07-11:54，辐射仪表对辐射防护监测系统（KRT）3KRT009MA 通道半年定期维护试验，期间打开压空隔离阀，对仪表前端引入取样管路（即仪表入口端至安全壳取样口之间管线）进行反冲洗，使压缩空气吹入壳内，反冲洗时间持续了10-20 分钟，这与DVh 变化趋势吻合。反冲洗过程中向安全壳内吹入压缩空气，造成安全壳内空气短时间内增大，公式2 中△m/△t 变大，减掉的Qsar 数值维持不变，故导致试验当天日泄漏率Qld 数据异常。

KRT 通道半年定期维护试验每年进行两次，试验前应确认安全壳泄漏率正常，防止与其他影响安全壳泄漏率的操作叠加，造成泄漏率高报警。

2.2 核岛冷冻水系统冷水机组切换

20xx.12.11 某核电厂2 号机组出于功率运行阶段，巡检发现2 号机EPP 系统在12.9 和12.10 Qld 异常增大，Q160 数据未更新，出现"泄漏率有较大变化"报警。查看半小时报表，发现12.9 和12.10 安全壳内的平均温度在两天剧烈波动，变化幅度达到2 摄氏度，而安全壳内压力平稳上涨，湿度为12.2±1hpa，Qsar 为8.92±0.18 m3/h，均保持平稳变化。经询问主控得知在12.9 和12.10 两天内核岛冷冻水系统（DEG）有冷冻机组跳闸停运重启、切换、抽冷媒等操作，导致DEG 冷水机组进出口水温剧烈变化。

12.9 和12.10 两天数据报表见表2；运行操作说明见表3；DEG 冷水机组入口（2DEG001MT）出口（2DEG001MT）水温及安全壳内平均温度见图5。

表3 核电厂2 号机组DEG 冷水机组操作相关运行日志

对比DEG 冷水机组进出口水温变化图与安全壳平均、温度压力变化图可知，两天内安全壳内平均温度变化与DEG 冷水机组调节操作在时间及趋势上相吻合。当DEG 冷水机组跳闸重启、切换造成冷水机组进出口温度上升时，安全壳内冷却不足，导致壳内平均温度上升；当冷冻机导叶开度变大，冷水机组进出口水温下降，冷水机组带走热量增多，导致壳内平均温度下降。冷水机组调节操作短时间内造成壳内平均温度剧烈变化，而对壳内平均压力则影响较小，导致计算出的DVh 有较大波动，从而引起Qld 异常变化。12.11 冷水机组进出口水温稳定，当日安全壳内平均温度变化平稳，当日Qld 恢复正常。安全壳内湿空气体积DVh 变化图见图6。

图6 安全壳内湿空气体积DVh 变化图

核岛冷冻水系统在正常运行状态或热停堆期间，两套容量为50%的冷水机组处于工作状态。冬季由于安全壳内温度低，50%负荷运行的冷水机组一台运行两台备用，且当冷冻机负荷低于额定负荷的30%，自动停止运行[4]。冬季冷冻机组跳闸重启、切换、导叶开度调节等使运行操作使冷冻机进出口水温较大变化，从而导致短时间壳内温度变化较大，对当天日泄漏Qld较大影响。故应优化DEG 冷冻机的运行方式，采取将DEG 冷冻机组放手动将冷冻水出口低跳值调低，或再启动一台冷冻水泵提高冷冻水温等措施[5]，维持DEG 冷水机组稳定运行。同时运行部门与泄漏率监督部门加强沟通，在冬季DEG 冷水机组切换前确认EPP 泄漏率监测系统状态无异常报警，防止Qld 持续异常，造成安全壳泄漏率误报警发生。

3 总结

安全壳泄漏率的在线监测数据具有一定的滞后性，当安全壳出现真实泄漏率时，要推迟5-7 天才能被EPP 系统监测到。为了及早发现安全壳泄漏，并排除误报警，分析Qld 异常变化原因具有重要意义。本文通过分析研究，总结出在机组功率运行期间，KRT 通道半年定期维护试验和冬季DEG 冷水机组动作可导致Qld 异常变化，造成"泄漏率有较大的变化"报警，这对运行操作具有重要指导意义。进行KRT 通道半年定期维护试验与DEG 冷水机组操作时，应确认安全壳泄漏率正常，防止Qld 持续异常，避免触发系统重新计算，造成在安全实际壳密封良好情况下，安全壳泄漏率Q160 误报警的发生，从而保证机组安全稳定运行。