李少純，趙健

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

低溫對壓水堆核電廠安全殼泄漏率測量的影響分析

李少純，趙健

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

溫度是壓水堆核電廠安全殼泄漏率測量與計算的重要參數(shù)。在進(jìn)行安全殼泄漏率測量時，若殼內(nèi)溫度梯度過大，可能導(dǎo)致泄漏率不確定度計算不收斂，無法得到正確結(jié)果。溫度過低也可能導(dǎo)致核島內(nèi)空氣結(jié)露，影響儀表及泄漏率計算。通過分析過往試驗的數(shù)據(jù)，確定低溫如何影響泄漏率結(jié)果，并根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化試驗條件，降低試驗風(fēng)險。

安全殼試驗；低溫；泄漏率

1 安全殼泄漏率計算簡述

壓水堆核電廠安全殼泄漏率計算基于絕對法，即計算安全殼內(nèi)干空氣質(zhì)量的變化來推導(dǎo)泄漏率。

該計算公式如下：

式中，M——安全殼內(nèi)干空氣的質(zhì)量；

P——安全殼內(nèi)的絕對壓力；

H——安全殼內(nèi)的水蒸氣分壓；

V——安全殼的自由容積；

R——干空氣的理想氣體常數(shù)：R=287.14J/kg·K；

T——安全殼內(nèi)平均溫度(K)。

對公式(1)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，相對氣體質(zhì)量變換的表達(dá)式為：

2 溫度梯度對于泄漏率不確定度計算的影響

2.1 泄漏率不確定度計算

安全殼泄漏率不確定是安全殼泄漏率試驗結(jié)果的最重要組成部分，它表征的是安全殼泄漏率測量結(jié)果的可信度，并且與泄漏率的收斂有關(guān)系，一般情況下，未收斂的工況其不確定度值偏大。

泄漏率不確定度的計算首先要確定各分量（溫度、濕度、壓力）不確定度，根據(jù)各分量計算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，最終根據(jù)包含因子確定擴(kuò)展不確定度。計算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，首先要確定幾個不確定度的分量為無關(guān)分量，如果有相關(guān)的量，應(yīng)將相關(guān)量繼續(xù)分拆為無關(guān)量，所以原則是避開相關(guān)，化為無關(guān)。

如果各分量之間為相加減關(guān)系，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

在合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度確定以后，根據(jù)擴(kuò)展因子k的值確定最終的擴(kuò)展不確定度：

2.2 溫度不確定度分量

不確定度可以分為A類不確定度及B類不確定度。A類不確定度是針對重復(fù)測量得到的結(jié)果，運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行計算得到的不確定度分量。B類不確定度主要是用非統(tǒng)計方法對不確定度進(jìn)行計算得到的分量，主要來源一般有：

（1）經(jīng)驗數(shù)據(jù)；

（2）對測量儀器特性的了解；

（3）校準(zhǔn)證書、檢定證書等文件提供的數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確度的等級；

（4）資料給出的參考數(shù)據(jù)及其不確定度；

（5）規(guī)定實(shí)驗方法的國際標(biāo)準(zhǔn)中給出的數(shù)據(jù)。

溫度分量的A類不確定度由以下公式確定：

式中：Vi——與第i個探頭所占的體積單元；

V——安全殼內(nèi)的總體積；

PiT——第i個探頭的溫度變化梯度；

平均溫度變化梯度為：

溫度分量的B類不確定度主要來自于儀表的校準(zhǔn)不確定度，對于CPR1000所采用的PT100，其溫度校準(zhǔn)參數(shù)為0.2%，因此可以得到校準(zhǔn)不確定度：

由上述兩個公式（6）與公式（7）可以得出，溫度的不確定度Ut1和Ut2均與溫度的變化率有直接關(guān)系。

2.3 溫度不確定度分量所占比例

根據(jù)北方寒冷地區(qū)某核電廠A，南方地區(qū)某核電廠B、C的安全殼打壓的數(shù)據(jù)，將溫度不確定度分量占整體不確定度的比例進(jìn)行對比分析，分別選取電站A上升階段4.2bar、電站A下降階段4.2bar、電站B上升階段4.2bar、電站C上升階段4.2bar進(jìn)行對比。

圖1 電站A上升階段溫度不確定度分量比例

圖2 電站A下降階段溫度不確定度分量比例

圖3 電站B上升階段溫度不確定度分量比例

上述4張圖標(biāo)的數(shù)據(jù)均是由同一設(shè)備進(jìn)行采集和計算得到的，從圖中明顯看出，電站A無論是上升階段還是下降階段，其溫度不確定度分量所占的比例一直維持在50%以上，而電站B溫度不確定度分量比例在穩(wěn)定階段只占整體不確定度分量的10%左右，電站C溫度不確定分量的比例大約維持在10%～30%之間。

圖4 電站C上升階段溫度不確定度分量比例

2.4 溫度對不確定度影響分析

結(jié)合各安全殼試驗的時間、環(huán)境溫度以及島內(nèi)的平均溫度列出結(jié)果表格如下。

表1 溫度不確定度比例結(jié)果分析表格

從表1中可以看出，島內(nèi)溫度與環(huán)境溫度的差值導(dǎo)致了泄漏率測量過程中的溫度梯度變化，并直接影響了溫度不確定度在整體不確定度中的比例。因此在寒冷的天氣條件下進(jìn)行安全殼試驗，由于核島的廠房與空壓機(jī)對氣體壓縮加熱的共同結(jié)果，必然導(dǎo)致島內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，造成的影響是溫度不確定度一直偏大，對于泄漏率結(jié)果的收斂有直接影響。

3 溫度低導(dǎo)致結(jié)露

根據(jù)泄漏率計算公式（2）可知，如果島內(nèi)的空氣相對濕度過大，使空氣飽和后結(jié)露，則直接導(dǎo)致泄漏率計算結(jié)果不正確。

根據(jù)露點(diǎn)的計算公式：

式中，Pv：蒸氣分壓。

當(dāng)Pv＞611.2Pa時，b1=-35.975，b2=-1.8726，b3=1.1689。

電站A在北方寒冷地區(qū)，安全殼試驗期間4.2bar壓力平臺蒸氣分壓大約為800～850Pa，計算得到相應(yīng)的露點(diǎn)溫度為3.73～4.57℃，而實(shí)際島內(nèi)的溫度為11℃左右，兩者的差值很小，如果充入核島內(nèi)的空氣品質(zhì)惡化，濕度增加或者溫度下降，有可能導(dǎo)致空氣飽和而結(jié)露，造成泄漏率計算結(jié)果錯誤。

4 結(jié)論及應(yīng)對措施

根據(jù)上述兩部分內(nèi)容的分析，可以得到在低溫寒冷的條件下進(jìn)行安全殼打壓試驗，由于空壓機(jī)的壓縮加熱作用必然導(dǎo)致安全殼內(nèi)外溫差大，并引起溫度梯度變化，溫度不確定度成為整體不確定度的主要部分，對于泄漏率結(jié)果的收斂有直接影響；在低溫寒冷條件下進(jìn)行安全殼試驗，由于核島內(nèi)空氣溫度較低，可能產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，結(jié)露后會導(dǎo)致泄漏率計算不正確，并且影響后續(xù)濕度計的讀數(shù)。因此低溫寒冷地區(qū)進(jìn)行安全殼試驗，需對充入核島內(nèi)的壓縮空氣品質(zhì)嚴(yán)格要求，保證其露點(diǎn)溫度遠(yuǎn)低于核島大氣的溫度；充卸壓過程盡量保持平穩(wěn)緩慢，盡量使充入核島內(nèi)的空氣溫度接近核島內(nèi)的溫度，在必要時需在安全殼打壓試驗前通過空壓機(jī)對核島內(nèi)的空氣進(jìn)行換氣操作，降低核島內(nèi)的溫度梯度，從而降低溫度不確定度對于泄漏率的影響。

TL48

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：1671-0711（2017）09（下）-0086-03