三代核電安全殼隔離閥C類泄漏率試驗(yàn)方法研究

高鈺文，王紅福，劉明利，劉愛明

（山東核電有限公司，山東 煙臺(tái) 265116）

0 引言

安全殼作為核電站的第三道安全屏障， 能夠限制放射性物質(zhì)向外界環(huán)境中的釋放。 依據(jù)HAF102《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》，以及 HAD102／06《核電廠反應(yīng)堆安全殼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》等相關(guān)規(guī)定，核電廠需要定期開展安全殼泄漏率試驗(yàn)， 以驗(yàn)證安全殼作為第三道安全屏障的密封性。

某核電站采用的第三代核電技術(shù)，設(shè)置有72 個(gè)安全殼隔離閥，其中有 9 個(gè)為安全閥［1］。 9 個(gè)安全閥均位于安全殼內(nèi)，且均為彈簧式安全閥。按照設(shè)計(jì)方提供的試驗(yàn)方法，依據(jù)安全殼隔離閥的功能而言，對(duì)于上述9 個(gè)安全閥的泄漏率試驗(yàn)， 需要在安全閥的出口處向閥門側(cè)充壓，驗(yàn)證安全閥的泄漏。

如果采取現(xiàn)有的方法來實(shí)施試驗(yàn)，難度比較大。本文創(chuàng)新性地提出了安全閥的C 類泄漏率試驗(yàn)可從安全閥的出口處打壓的正向打壓修改為從安全閥的入口處打壓的反向打壓，并從安全閥的結(jié)構(gòu)入手，經(jīng)過分析、評(píng)估、現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證等方式，驗(yàn)證了創(chuàng)新后試驗(yàn)方法的可行性。經(jīng)實(shí)踐，創(chuàng)新后的試驗(yàn)方法更加可靠， 同時(shí)大大降低了現(xiàn)場執(zhí)行安全閥C 類泄漏率試驗(yàn)的難度， 這在國內(nèi)安全殼泄漏率試驗(yàn)領(lǐng)域?qū)儆陬I(lǐng)先。

1 概述

對(duì)于安全閥泄漏率試驗(yàn)，如果采取現(xiàn)有的方法來實(shí)施試驗(yàn)，難度比較大，主要有以下幾個(gè)方面的問題：

1）9 個(gè)安全閥在設(shè)計(jì)上并未考慮實(shí)施C 類泄漏率試驗(yàn)的接口，如果進(jìn)行試驗(yàn)，則需要臨時(shí)配置帶試驗(yàn)接頭的盲板。

2）部分安全閥的可達(dá)性較差，如要連接試驗(yàn)接頭，需要拆鋼格柵、拆保溫、拆管道支撐等措施，現(xiàn)場試驗(yàn)的代價(jià)比較大。

3）由于系統(tǒng)設(shè)置，部分安全閥無法通過閥門的出口處充壓。 例如RNS-V020/V021， 兩個(gè)安全閥的出口連接了一回路廢液系統(tǒng)（WLS）的管道，直接通向了一回路疏水箱， 導(dǎo)致無法加裝試驗(yàn)臨時(shí)盲板和試驗(yàn)接頭，如要進(jìn)行試驗(yàn)，則必須拆除管道。

4）部分安全閥位于高劑量區(qū)，如果采取現(xiàn)有的方式來進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)場需要拆除鋼格柵、保溫、管道支撐，甚至拆除管道，再加裝試驗(yàn)臨時(shí)盲板等，時(shí)間會(huì)比較長，導(dǎo)致試驗(yàn)人員的劑量水平會(huì)很高。

5）調(diào)試階段的試驗(yàn)，由于現(xiàn)場系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)與機(jī)組運(yùn)行后有很大的區(qū)別， 調(diào)試期間的試驗(yàn)方法無法在后續(xù)定期試驗(yàn)中延續(xù)。

具體安全閥的清單、每個(gè)安全殼現(xiàn)場實(shí)施試驗(yàn)的難點(diǎn)，以及調(diào)試試驗(yàn)期間實(shí)施的方法如表1 所示。

表1 9 個(gè)安全閥的試驗(yàn)信息

2 理論分析與研究

為解決9 個(gè)安全閥C 類泄漏率試驗(yàn)的問題，工程師從閥門的結(jié)構(gòu)入手探索可行方法。經(jīng)查閱資料，上述9 個(gè)安全閥均為彈簧式的安全閥。 該類安全閥為彈簧力加載于閥瓣，流體克服彈簧力的作用，使得閥門開啟［2］。

如果采取設(shè)計(jì)方提供的正向打壓試驗(yàn)方法，充壓見圖1 中的橫向箭頭所示的方向， 在該方向上加壓與安全閥本身彈簧力的作用方向相同， 會(huì)使得閥門越壓越緊。

圖1 彈簧式安全閥示意圖

如果改為反向打壓試驗(yàn)， 充壓方向見圖1 中的縱向箭頭所示的方向， 在該方向上加壓會(huì)克服閥門本身的彈簧力。

從安全閥結(jié)構(gòu)上看， 反向打壓試驗(yàn)比正向打壓試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加可靠。 因此，創(chuàng)新試驗(yàn)方法，改變?cè)囼?yàn)的充壓方向。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)施方案

經(jīng)創(chuàng)新后的試驗(yàn)方法， 其充壓方向較最初的充壓方向發(fā)生了變化， 可以通過系統(tǒng)現(xiàn)有的疏水排氣閥作為試驗(yàn)接口進(jìn)行試驗(yàn)操作，無需再拆除保溫、鋼格柵、管道支撐，甚至管道等現(xiàn)場設(shè)備和物項(xiàng)，無需再加裝試驗(yàn)臨時(shí)盲板。

以安全閥SFS-V067 為例， 設(shè)計(jì)執(zhí)行安全殼C類泄漏率試驗(yàn)的步驟。 系統(tǒng)布置見圖2。

重新設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法及步驟如下：

1） 隔離邊界： 關(guān)閉 SFS-V039、SFS-V032 以及SFS-V044，隔離邊界內(nèi)排水。

2）其他閥門狀態(tài)設(shè)置要求：SFS-V034 打開，SFS-V035 關(guān)閉，SFS-V059 打開，SFS-V055 打開。

圖2 SFS-V067 相應(yīng)的管道閥門布置圖

3）試驗(yàn)執(zhí)行步驟：連接試驗(yàn)儀器與SFS-V055；連接試驗(yàn)儀器與氣源（廠用壓縮空氣，或者氣瓶）；調(diào)節(jié)壓力， 通過試驗(yàn)儀器向管道內(nèi)充壓到安全殼C 類泄漏率試驗(yàn)壓力0.397～0.407 MPa； 待壓力穩(wěn)定之后，調(diào)節(jié)試驗(yàn)儀器的流量檔位，待流量穩(wěn)定之后，讀取數(shù)值。

4）測(cè)得數(shù)據(jù)后的分析及處理。 上述試驗(yàn)采取的是補(bǔ)充流量法，維持充壓空間壓力穩(wěn)定，補(bǔ)氣的流量等于泄漏的流量，用儀器測(cè)量單位時(shí)間補(bǔ)氣的流量，即泄漏率。 經(jīng)上述測(cè)得的流量數(shù)值即SFS-V067、SFS-V035、SFS-V039 和 SFS-V032 的聯(lián)合泄漏率。

聯(lián)合泄漏率的數(shù)值與SFS-V067 的泄漏率數(shù)值作比較，如果滿足要求，則說明SFS-V067 的泄漏率肯定滿足要求；如果測(cè)得的聯(lián)合泄漏率不滿足要求，則需要再排查，確認(rèn)泄漏點(diǎn)。 對(duì)于較大的泄漏，可通過在安全閥出口處聽音， 或者涂抹檢漏液的方式來初步判斷是否為安全閥泄漏。經(jīng)過處理之后，再次進(jìn)行試驗(yàn)，直至泄漏率滿足要求。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證

某核電站兩臺(tái)機(jī)組裝料前需要對(duì)所有安全殼隔離閥進(jìn)行安全殼C 類泄漏率試驗(yàn)的首次定期試驗(yàn)工作。工程師對(duì)安全閥創(chuàng)新后的試驗(yàn)方法，在現(xiàn)場進(jìn)行了驗(yàn)證。 具體的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

采用創(chuàng)新后的試驗(yàn)方法，在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均一次合格， 且閥門泄漏率數(shù)值普遍比驗(yàn)收準(zhǔn)則低1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，試驗(yàn)人員在現(xiàn)場對(duì)部分相對(duì)可達(dá)性較好的安全閥的出口采取涂抹檢漏液或者聽音檢查，進(jìn)一步輔助試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了安全閥試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

表2 安全閥C 類泄漏率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過對(duì)兩臺(tái)機(jī)組全部9 個(gè)安全閥的現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，證明了創(chuàng)新后試驗(yàn)方法的可行性。

5 試驗(yàn)方法創(chuàng)新的意義

安全閥的C 類泄漏率試驗(yàn)為核安全監(jiān)督試驗(yàn)，如果改變?cè)囼?yàn)方法，僅在專業(yè)內(nèi)部進(jìn)行分析、討論和實(shí)踐還是不夠的。依據(jù)核安全監(jiān)管的要求，對(duì)于涉及核安全相關(guān)設(shè)計(jì)的改變， 需要原設(shè)計(jì)方進(jìn)行評(píng)價(jià)和認(rèn)可。 據(jù)此，工程師向設(shè)計(jì)方發(fā)送了澄清需求，最終設(shè)計(jì)方回復(fù)安全閥C 類泄漏率試驗(yàn)方法的創(chuàng)新是可行的，在設(shè)計(jì)上是認(rèn)可的，證明了安全閥C 類泄漏率試驗(yàn)方法的創(chuàng)新的“合法性”。

5.1 創(chuàng)新后試驗(yàn)方法優(yōu)點(diǎn)

創(chuàng)新后的安全閥C 類泄漏率試驗(yàn)， 可以通過系統(tǒng)現(xiàn)有的疏水排氣閥作為試驗(yàn)接口進(jìn)行試驗(yàn)操作，無需再拆除保溫、鋼格柵、管道支撐以及管道等現(xiàn)場設(shè)備和物項(xiàng)，無需再加裝試驗(yàn)臨時(shí)盲板，現(xiàn)場實(shí)施更加簡單、方便、快捷，人員接受的劑量會(huì)更低，大大降低了試驗(yàn)的難度，縮短了試驗(yàn)工期，為機(jī)組大修試驗(yàn)的順利實(shí)施打下了良好的基礎(chǔ)。 創(chuàng)新后試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)如表3 所示。

5.2 提高電廠經(jīng)濟(jì)效益

1）縮短大修試驗(yàn)工期共計(jì)約104 h。

2）每次大修為電廠節(jié)約10 萬元（包括人工費(fèi)、設(shè)備采購費(fèi)）。

3）按照目前試驗(yàn)外委的價(jià)格每工日1 450 元／人，每項(xiàng)試驗(yàn)的人員配置4 人，來估算，每次大修節(jié)省大修試驗(yàn)的外委費(fèi)用約8 萬元。

4）無需采購試驗(yàn)臨時(shí)盲板，以及配套的螺栓、墊片，每次大修節(jié)省費(fèi)用約2 萬元。

表3 創(chuàng)新后試驗(yàn)方法優(yōu)點(diǎn)

5.3 提高核電廠安全性指標(biāo)

1）創(chuàng)新后的試驗(yàn)方法更加可靠，對(duì)單個(gè)安全殼隔離閥的泄漏率要求更加嚴(yán)格， 有助于電廠提高第三道安全屏障完整性的指標(biāo)。

2）創(chuàng)新后的安全閥C 類泄漏率試驗(yàn)的現(xiàn)場實(shí)施更加簡單、方便、快捷，人員接受的劑量會(huì)更低，有助于大修集體劑量的降低，維持大修輻射防護(hù)指標(biāo)。

6 結(jié)束語

某核電站性能試驗(yàn)工程師創(chuàng)新性地提出了安全閥的C 類泄漏率試驗(yàn)可以由正向打壓修改為為反向打壓，并從安全閥的結(jié)構(gòu)入手，經(jīng)過分析、評(píng)估、現(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證了創(chuàng)新后試驗(yàn)方案的可行性。 經(jīng)實(shí)踐，創(chuàng)新后的試驗(yàn)方法更加可靠， 同時(shí)大大降低了現(xiàn)場進(jìn)行安全閥C 類泄漏率試驗(yàn)的難度。 創(chuàng)新后試驗(yàn)方法的實(shí)施有助于提高電廠的經(jīng)濟(jì)性， 以及核電廠的安全指標(biāo)。

本文就某核電站安全閥C 類泄漏率試驗(yàn)方法創(chuàng)新的過程進(jìn)行了介紹， 并對(duì)方法創(chuàng)新過程中的理論分析、以及現(xiàn)場實(shí)踐過程進(jìn)行了總結(jié)和分享，為機(jī)組后續(xù)安全殼C 類泄漏率試驗(yàn)的準(zhǔn)備和實(shí)施提供經(jīng)驗(yàn)， 并為后續(xù)新建第三代核電機(jī)組的安全殼泄漏率試驗(yàn)的實(shí)施提供參照。