900MW壓水堆核電廠RIC中子測(cè)量系統(tǒng)密封段泄漏報(bào)警原因分析

唐興江+姜磊+潘瑞堂

【摘 要】某核電廠在日常運(yùn)行過程中，多次閃發(fā)RIC密封段泄漏探頭報(bào)警，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。論文通過分析報(bào)警產(chǎn)生的原理，提出相應(yīng)的處理措施，對(duì)核電站的長(zhǎng)期安全運(yùn)行有積極作用。

【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

【關(guān)鍵詞】核電廠；報(bào)警；原因分析

【Keywords】nuclear power plant； alarm； cause analysis

【中圖分類號(hào)】TL362 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）10-0173-02

1 背景介紹

1.1 RIC中子測(cè)量系統(tǒng)介紹

RIC中子測(cè)量系統(tǒng)的主要作用是提供堆芯中子通量分布圖，同時(shí)在不同的反應(yīng)堆功率平臺(tái)下，檢查堆芯功率分布是否與所期望的相符、監(jiān)測(cè)燃料組件的燃耗、校準(zhǔn)堆外核儀表、探測(cè)堆芯是否偏離正常運(yùn)行等功能。

此系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)發(fā)出命令，控制就地的機(jī)械設(shè)備來驅(qū)動(dòng)中子測(cè)量探頭進(jìn)入不同的測(cè)量通道，實(shí)現(xiàn)堆芯內(nèi)部中子劑量率的采集，采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地計(jì)算機(jī)上，進(jìn)行處理后得到堆芯的中子劑量率分布圖。

測(cè)量通道通過密封組件、導(dǎo)向管進(jìn)入到反應(yīng)堆壓力容器，從而使探頭能進(jìn)入堆芯進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。其中，密封組件主要作用是防止測(cè)量通道外的高壓一回路冷卻劑泄漏，是一種特殊形式的密封圈保證導(dǎo)向管與測(cè)量通道之間而可靠的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的密封，在兩道密封之間裝有泄漏探測(cè)系統(tǒng)。

1.2 泄漏探測(cè)系統(tǒng)原理介紹

RIC中子測(cè)量系統(tǒng)上位機(jī)將220VAC轉(zhuǎn)為48VDC后，作為泄漏探測(cè)系統(tǒng)的電源。此外，泄漏探頭的芯和外殼分別作為正負(fù)極，兩極之間使用塑料絕緣材質(zhì)隔離，當(dāng)探頭測(cè)量腔室內(nèi)存在足夠多的水后，則會(huì)導(dǎo)致兩極之間阻抗降低。系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)電阻信號(hào)變化來判斷密封組件是否存在泄漏。

2 故障實(shí)例

某核電廠首輪大修期間，在一回路超壓實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)多個(gè)密封段泄漏探頭報(bào)警，且部分報(bào)警分為閃發(fā)和持續(xù)報(bào)警兩種狀態(tài)，人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)，報(bào)警持續(xù)存在的密封組件處的泄漏率約為2滴/30s，其余的密封組件未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，檢修人員拆下密封段泄露探頭，發(fā)現(xiàn)探頭表面及測(cè)量腔室內(nèi)存在較多的水跡和紅褐色沉淀物，通過擦拭清潔及干燥處理后，報(bào)警消除。

3 故障原因分析

3.1 報(bào)警產(chǎn)生機(jī)理

如圖1所示，探頭中心的芯作為正極，外殼作為負(fù)極，兩者之間通過塑料絕緣體進(jìn)行絕緣，探頭下方為供電電纜。當(dāng)探頭腔室內(nèi)存在水將兩極導(dǎo)通后，使得48V電回路導(dǎo)通，從而觸發(fā)報(bào)警。

3.2 水來源分析

3.2.1 凝結(jié)水

當(dāng)環(huán)境溫度變化，空氣的冷凝水會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)，從而形成水滴落在探頭表面，如果測(cè)量腔室內(nèi)的空氣濕度過大，很可能形成水滴導(dǎo)致出現(xiàn)泄漏報(bào)警，下面對(duì)這種可能性進(jìn)行分析：

通過測(cè)量密封組件測(cè)量腔室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，測(cè)量腔室長(zhǎng)約30mm，直徑為10.2mm，其中，穿過密封組件內(nèi)部的測(cè)量通道外徑為8.6mm。因此，探頭測(cè)量腔室實(shí)際為環(huán)狀的圓柱體，通過計(jì)算公式可以大致算出腔室空間V：

V=π*5.12*30-π*4.32*30≈708.384mm3

①空氣中水的含量與溫度及濕度有關(guān)，當(dāng)空氣溫度為25℃，濕度為100%時(shí)，空氣中水含量約為20g/m3，水的含量與空氣溫度及濕度的大小成正比。

②以25℃，100%濕度為例，可計(jì)算出此空間內(nèi)的空氣水含量為：

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

③實(shí)際環(huán)境溫度可以通過監(jiān)測(cè)可以看到約為20℃，實(shí)際濕度也低于100%，那么空氣中的含水量也遠(yuǎn)低于此計(jì)算值，現(xiàn)實(shí)中也不會(huì)出現(xiàn)空氣中水完全冷凝的情況。

④在實(shí)驗(yàn)室使用純凈水進(jìn)行泄漏報(bào)警實(shí)驗(yàn)，模擬報(bào)警持續(xù)約12小時(shí)后，停止實(shí)驗(yàn)，拆下探頭發(fā)現(xiàn)探頭表面水跡較清澈，表面存在紅褐色的漂浮色，如圖右側(cè)兩張圖片。

3.2.2 一回路冷卻劑泄漏模擬

①在實(shí)驗(yàn)室使用與一回路硼濃度相同的水溶液進(jìn)行模擬泄漏報(bào)警實(shí)驗(yàn)，模擬報(bào)警持續(xù)約6小時(shí)后，停止實(shí)驗(yàn)，拆下探頭發(fā)現(xiàn)探頭表面及腔室下部存在較多紅褐色沉淀物，如圖左側(cè)兩張圖片所示。

②對(duì)探頭進(jìn)行清潔發(fā)現(xiàn)，紅褐色沉淀物擦除后，探頭

表面存在少量染色，通過擦拭無法消除，且擦下的沉淀物在觸摸時(shí)有顆粒感。經(jīng)分析，此顆粒為硼水蒸發(fā)而析出的硼結(jié)晶。

③通過對(duì)比還發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)生紅褐色的速度方面，硼水溶液明顯快于純凈水。

3.2.3 紅褐色的產(chǎn)生原理分析

當(dāng)不純的金屬跟電解質(zhì)溶液進(jìn)行接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬會(huì)失去電子而被氧化，發(fā)生原電池反應(yīng)的條件如下：

①活潑性不同的兩個(gè)金屬電極。

②導(dǎo)線連接電極構(gòu)成回路（或者直接接觸）。

③電解質(zhì)溶液。endprint

④一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng) 。

⑤化學(xué)反應(yīng)的速率與電解質(zhì)溶液的溫度和正負(fù)離子運(yùn)動(dòng)快慢有關(guān)。

對(duì)于鐵制品，主要的反應(yīng)分為下面兩種：

①吸氧腐蝕（鋼鐵表面吸附水膜為弱酸性或者中性時(shí)）

Fe-2e-=Fe2+；O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應(yīng)方程式： Fe+O2+2H2O= Fe（OH）2，

②析氫腐蝕（電解質(zhì)溶液為強(qiáng)酸環(huán)境）

Fe-2e-=Fe2+，F(xiàn)e2++2H2O=Fe（OH）2+2H2↑；2H++2e-=H2↑

總反應(yīng)方程式：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

Fe（OH）2被氧氣氧化后，生成Fe（OH）3，脫水后生成Fe2O3，其中Fe（OH）3為紅褐色?？梢钥闯?，兩種反應(yīng)方式都會(huì)產(chǎn)生紅褐色的Fe（OH）3。

3.2.4 泄漏報(bào)警反應(yīng)過程

綜合上述分析，產(chǎn)生泄漏報(bào)警同時(shí)具備了所有原電池反應(yīng)條件：

①活潑性不同的兩個(gè)金屬電極：泄漏探頭的上下兩端

②導(dǎo)線連接電極構(gòu)成回路：一回路冷卻劑進(jìn)入后的直接導(dǎo)通

③電解質(zhì)溶液：弱酸性硼水溶液

④一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)

因此，在泄漏報(bào)警的故障處理中，總是伴隨著紅褐色沉淀物的出現(xiàn)，且沉淀物的多少與水量的多少密切相關(guān)

4 結(jié)論分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢修和上述分析可以得到以下結(jié)論：

①根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)可以看出，因?yàn)樾孤┨筋^安裝后腔室處于密閉狀態(tài)，如果出現(xiàn)泄漏報(bào)警，那么原因很可能是密封組件密封不良導(dǎo)致，需要及時(shí)排查密封組件的密封效果。

②泄漏探頭上的紅褐色沉淀物是硼水溶液中析出的硼結(jié)晶被染色后形成。

③單一的更換探測(cè)探頭和清潔探頭腔室不能從根本解決問題，需要對(duì)密封組件力矩進(jìn)行復(fù)核，并適當(dāng)?shù)脑黾恿?，可有效避免泄漏情況發(fā)生

5 處理措施建議

針對(duì)以上故障分析和結(jié)論，建議使用以下方式進(jìn)行處理：

①核實(shí)密封組件的緊固力矩，確保合適的緊固力矩并定期進(jìn)行復(fù)核，確保密封效果，如果增大力矩仍然不滿足要求，需要進(jìn)一步檢查內(nèi)部墊片的密封面是否存在損傷或者變形，必要時(shí)進(jìn)行整體更換密封組件。

②對(duì)測(cè)量腔室進(jìn)行檢查，防止腔室內(nèi)存在雜質(zhì)，例如金屬粉末，水跡等造成誤報(bào)警的出現(xiàn)。

③探測(cè)回路的電纜及接線進(jìn)行排查，防止在電纜的鋪設(shè)接頭制作中，剝離的電纜導(dǎo)線形成異物導(dǎo)致正負(fù)極短接。endprint