魏盛輝

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116319）

0 引言

安全殼是核電站第三道安全屏障，能夠包容和隔離，當(dāng)反應(yīng)堆發(fā)生LOCA（Loss of Coolant Accident 即一回路冷卻劑喪失）時(shí)，一回路釋放出的大量放射性和高溫高壓汽水混合物，以防止其對電站周圍環(huán)境產(chǎn)生危害。

根據(jù)RCC-G（86 版）規(guī)定，安全殼建成后首次裝料核燃料前應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收性能試驗(yàn)；安全殼試驗(yàn)（Containment Test）即CTT，就是在模擬LOCA 事故條件下，檢測安全殼的強(qiáng)度和密封性能是否滿足要求，以確保其滿足上述核安全功能。

1 安全殼主要參數(shù)

安全殼是一個(gè)圓柱形的帶密封鋼襯里的單層預(yù)應(yīng)力混凝土筒體，其底部用混凝土筏基封閉，頂部用準(zhǔn)球形的混凝土穹頂封閉。頂部、筒體、底部均用預(yù)應(yīng)力張緊而構(gòu)成一個(gè)整體。安全殼設(shè)有為穿過管道所需的機(jī)械貫穿件、穿過電纜所需的電氣貫穿件、人員和設(shè)備進(jìn)出的閘門、備用貫穿件等四類共168 個(gè)貫穿件。

安全殼的主要尺寸如下，整體構(gòu)造如圖1 所示：

圖1 安全殼整體構(gòu)造圖

2 試驗(yàn)方法及驗(yàn)收準(zhǔn)則

安全殼試驗(yàn)（containment test，簡稱“CTT”）包括強(qiáng)度試驗(yàn)和密封性試驗(yàn)兩部分，典型的CTT 試驗(yàn)進(jìn)度表如圖2 所示。

圖2 CTT 試驗(yàn)典型進(jìn)度表

2.1 安全殼強(qiáng)度試驗(yàn)

安全殼強(qiáng)度試驗(yàn)就是通過在不同壓力平臺完成安全殼外觀檢查、安全殼內(nèi)觀檢查和EAU（安全殼試驗(yàn)儀表系統(tǒng)）強(qiáng)度參數(shù)測量，綜合評估安全殼強(qiáng)度性能是否滿足要求。

2.1.1 安全殼外觀檢查

用目視檢查繪制安全殼混凝土外表面裂縫及缺陷圖，肉眼看不到的地方用高倍望遠(yuǎn)鏡代替，檢查原則如下：

1）外觀檢查分三階段進(jìn)行：充壓開始前、壓力峰值期間（4.83bar.g）和卸壓后；

2）對大于0.05mm 的裂縫和其它缺陷，如龜裂、蜂窩麻面、腐蝕、銹跡、露筋等作好記錄，并繪制在圖紙上；

3）裂縫寬度應(yīng)記錄平均值和最大值；4）要記錄測量時(shí)的氣溫和天氣情況；5）裂縫測量記錄的要求是寬度誤差小于0.05mm，位置誤差小于10cm，長度誤差小于5cm。

2.1.2 安全殼內(nèi)觀檢查

用目視檢查鋼襯里裂縫、焊縫開裂、油漆脫落等異常情況；用小錘檢查是否有空鼓并測量尺寸。檢查內(nèi)容如下：

1）充壓開始前和卸壓后，對鋼襯里進(jìn)行全面檢查，檢查包括：

——鋼襯里空鼓狀況（確定出現(xiàn)空鼓區(qū)域并做標(biāo)記）

——?dú)忾l門、貫穿件周圍的鋼襯里狀況

——油漆狀況

——焊縫狀況（所有焊縫目視檢查應(yīng)無異常）

——穹頂、截椎體狀況

——襯里上的錨固板狀況

——其它各類缺陷

2）1.05bar.g 壓力平臺，檢查敏感部位（如氣閘門、貫穿件等周圍鋼襯里）情況，檢查包括：

——鋼襯里空鼓狀況

——油漆狀況

——焊縫狀況（所有焊縫目視檢查應(yīng)無異常）

——其它各類缺陷

2.1.3 EAU 強(qiáng)度參數(shù)測量

1）安全殼混凝土結(jié)構(gòu)局部變形

利用埋設(shè)在穹頂、筒體、筏基不同部位的52 個(gè)振弦應(yīng)變儀（ASG）和相應(yīng)處的36 個(gè)熱電偶溫度計(jì)（TC）來測量混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變并作溫度修正。以筒體為例，ASG 與TC 布置見圖3。

圖3 安全殼筒體應(yīng)變計(jì)和熱電偶布置圖

2）筒體變形

安全殼筒體部分外側(cè)設(shè)置4 組鉛垂線，相隔約90°，每組有三套鉛垂線測量系統(tǒng)構(gòu)成，其上端分別固定在安全殼外壁的三個(gè)不同標(biāo)高（10m/26m/42m）。每組鉛垂線下端懸掛一重錘，重錘上部有一中間帶孔的讀數(shù)儀（同樣固定在殼外壁上），垂線從孔中穿過，垂線位置的變動，直接從讀數(shù)儀上讀出，進(jìn)而測量安全殼筒壁的徑向彈性變形。鉛垂線布置如圖4 所示。

圖4 鉛垂線布置及示意圖

圖5 水準(zhǔn)盒筏基布置圖

3）筏基彈性垂直變形

在混凝土筏基標(biāo)高-5.80m 與-6.10m 之間的呈相互垂直布置的方向上埋設(shè)了13 個(gè)水準(zhǔn)盒，每個(gè)水準(zhǔn)盒與布置在同一標(biāo)高處的安全殼外壁的參考水準(zhǔn)盒相連通。筏基在不同受壓條件下，應(yīng)用連通器原理測量測量出筏基13 個(gè)水準(zhǔn)盒位置的沉降和筏基的環(huán)向變形。水準(zhǔn)盒在筏基中布置見圖5。

4）安全殼預(yù)應(yīng)力環(huán)廊變形

在-12.5m 預(yù)應(yīng)力環(huán)廊外側(cè)，均布了12 個(gè)地形水準(zhǔn)測量標(biāo)志，通過精密光學(xué)水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量不同壓力平臺下的安全殼相對于大地的沉降和筏基底板相關(guān)變形。水準(zhǔn)測量標(biāo)志布置見圖6。

圖6 水準(zhǔn)測量標(biāo)志布置圖

5）預(yù)應(yīng)力鋼束張力變化

安全殼筒體是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，筒體鋪設(shè)垂直和水平兩類預(yù)應(yīng)力鋼絞線，垂直鋼絞線套管從預(yù)應(yīng)力廊道上頂部標(biāo)高-12.50m 到+51m，共144 根。垂直鋼絞線在預(yù)應(yīng)力張拉完成后在套管內(nèi)部加壓注入膨脹水泥漿以防止空氣腐蝕，僅1 號反應(yīng)堆十字交叉每90 度處留出一根被嚴(yán)格控制垂直度的預(yù)應(yīng)力鋼纜，即18 號、54 號、90 號、126 號預(yù)應(yīng)力鋼纜，灌注特種油，然后在每根垂直鋼束的下端部（預(yù)應(yīng)力廊道內(nèi)）安裝了一個(gè)負(fù)荷傳感器，以測量其受壓時(shí)鋼束張力的變化。如圖7 所示。

2.2 安全殼密封性試驗(yàn)

安全殼密封性試驗(yàn)分為整體密封性試驗(yàn)和局部密封性試驗(yàn)。

2.2.1 整體密封性試驗(yàn)

圖7 豎直鋼束及負(fù)荷傳感器安裝示意圖

采用“絕對壓力法”進(jìn)行安全殼整體泄漏率測量，即測量安全殼內(nèi)干空氣壓力的變化，并根據(jù)平均溫度和濕度變化加以校正。具體方法如下：空壓機(jī)組把清潔的壓縮空氣充入安全殼內(nèi)并加壓至安全殼設(shè)計(jì)壓力平臺。安全殼內(nèi)不同位置布置了59 個(gè)溫度測點(diǎn)和9 個(gè)濕度測點(diǎn)，以獲得其平均溫度和平均濕度。通過自動采集設(shè)備獲取殼內(nèi)氣體壓力、溫度、濕度參數(shù)并根據(jù)相應(yīng)的算法計(jì)算出安全殼整體泄漏率。

2.2.2 局部密封性試驗(yàn)（即安全殼隔離閥密封性試驗(yàn)）

經(jīng)驗(yàn)表明：數(shù)量很大的安全殼貫穿件隔離閥是安全殼泄漏的主要途徑。因此，為確保安全殼整體密封性能，在執(zhí)行安全殼整體密封性試驗(yàn)之前，必須進(jìn)行局部密封性試驗(yàn)即安全殼貫穿件隔離閥密封性試驗(yàn)且密封性需滿足要求。隔離閥密封性試驗(yàn)有兩種測量方法：直接測量法和壓降計(jì)算法。

1）直接測量法

如圖8 所示，被試驗(yàn)閥門為逆止閥C1 及手動閥V1。將閥門V1，V2，V3 關(guān)閉，打開t1，t2 閥門。被試驗(yàn)閥門所在管路的一端通過閥門t1 充入壓縮空氣并通過調(diào)節(jié)閥使其維持恒定壓力Pc（Pc 為安全殼設(shè)計(jì)壓力），被試驗(yàn)閥門所在管路的另一端t2 閥門接一流量計(jì)。流量計(jì)的讀數(shù)即為逆止閥C1 和手動閥V1 的泄漏率。

圖8

2）壓降計(jì)算法

壓降計(jì)算基本原理：向試驗(yàn)回路充一定壓力的壓縮空氣，若被試驗(yàn)閥存在泄漏，則試驗(yàn)回路中壓力將下降。根據(jù)壓力的變化，通過計(jì)算可得出該閥門的泄漏率。根據(jù)隔離閥所在系統(tǒng)的工藝布置不同，壓降計(jì)算法又可細(xì)分為2A、2B、2C 等三種方法。

①2A 法

如圖9 所示，被試驗(yàn)閥是V2。關(guān)閉V1，V2，V3 閥門，閥門V1 和V3 之間管路通過t1 閥門充入壓力為Pc 的壓縮空氣（Pc 為安全殼設(shè)計(jì)壓力），然后關(guān)閉t1。對V1 和V2 之間管路加壓到相同壓力Pc，記錄初始和最終的溫度和壓力，然后計(jì)算被試驗(yàn)閥門V2 的泄漏率。

圖9

②2B 法

如圖10 所示，C1 是逆止閥，V2 是被試驗(yàn)閥。關(guān)閉V2，V3 閥門。閥門C1 和V3 之間管路通過t1 閥門充入壓力為2Pc 的壓縮空氣（Pc 為安全殼設(shè)計(jì)壓力），保持t1 打開狀態(tài)。對C1 和V2 之間管路加壓到相同壓力Pc，記錄初始和最終的溫度和壓力，然后計(jì)算被試驗(yàn)閥門V2的泄漏率。

圖10

③2C法

如圖11 所示，被試驗(yàn)閥是t2。打開V1，V2 閥門，關(guān)閉t2 閥門，將緩沖罐及加壓設(shè)備加在t2 上，將緩沖罐及管路加壓至Pc，記錄初始和最終的溫度和壓力，然后計(jì)算被試驗(yàn)閥門V2 的泄漏率。

圖11

2.3 驗(yàn)收準(zhǔn)則

2.3.1 安全殼強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)RCC-G（86）標(biāo)準(zhǔn)，對于安全殼的機(jī)械性能與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，沒有定量的驗(yàn)收準(zhǔn)則，但定性上要基本滿足：安全殼應(yīng)變和形變隨殼內(nèi)壓力成線性可逆變化，殘余變形量在正常范圍內(nèi)。安全殼外觀無損傷，裂縫寬度隨殼內(nèi)壓力成可逆變化。

2.3.2 安全殼整體密封性試驗(yàn)

根據(jù)RCC-G（86）規(guī)定，在LOCA 后24 小時(shí)內(nèi)安全殼整體泄漏率須小于0.3%反應(yīng)堆廠房所含氣體質(zhì)量，轉(zhuǎn)化到試驗(yàn)條件（4.2bar.g，20℃）下，安全殼整體泄漏率須小于0.160%安全殼內(nèi)干空氣質(zhì)量/天（相當(dāng)于16Nm3干空氣/小時(shí)）。

3 小結(jié)

安全殼建成后首次裝料核燃料前應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收性能試驗(yàn)，以檢測安全殼的強(qiáng)度和密封性能是否滿足要求。通過在不同壓力平臺完成安全殼外觀檢查、安全殼內(nèi)觀檢查和EAU（安全殼試驗(yàn)儀表系統(tǒng)）強(qiáng)度參數(shù)測量，綜合評估安全殼強(qiáng)度性能是否滿足要求；通過自動采集設(shè)備獲取安全殼內(nèi)不同位置布置的59 個(gè)溫度測點(diǎn)和9 個(gè)濕度測點(diǎn)，根據(jù)相應(yīng)的算法計(jì)算安全殼泄漏率以評估其密封性能。

安全殼試驗(yàn)項(xiàng)目重大，本文僅側(cè)重從理論方面對試驗(yàn)方法及驗(yàn)收準(zhǔn)則進(jìn)行了淺析；要運(yùn)作好此項(xiàng)目需要針對文件、工器具、人員培訓(xùn)、部分專項(xiàng)的外部委托、現(xiàn)場實(shí)施環(huán)境等進(jìn)行大量的前期準(zhǔn)備；同時(shí)試驗(yàn)參與人員多達(dá)200 人，涉及內(nèi)外部眾多部門，需要成立專門的項(xiàng)目組定期召開會議來討論、協(xié)調(diào)、決策準(zhǔn)備及實(shí)施過程中的各項(xiàng)問題以確保試驗(yàn)的正常開展運(yùn)作。

［1］RCCG-(法國)壓水堆核島土建設(shè)計(jì)建造法規(guī)[Z].法國電力公司，1986.

［2］嶺澳二期安全殼儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊[Z].核工業(yè)第二研究設(shè)計(jì)院，2009.