吳希盼，李志勇

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100089）

1 安全殼密封性試驗(yàn)

國(guó)內(nèi)核電廠安全殼整體密封性試驗(yàn)通常采用絕對(duì)壓力法，數(shù)據(jù)處理采用質(zhì)量點(diǎn)法。在安全殼完全封閉后，通過(guò)壓空系統(tǒng)（或臨時(shí)空壓機(jī)）向安全殼內(nèi)注入空氣，當(dāng)安全殼內(nèi)壓力達(dá)到試驗(yàn)壓力后，停止充氣。安全殼內(nèi)的干空氣質(zhì)量將隨著時(shí)間推移逐漸減少。通過(guò)安全殼內(nèi)空氣的壓力、溫度和水蒸氣分壓力參數(shù)根據(jù)理想氣體方程（1-2）計(jì)算某測(cè)定時(shí)刻的安全殼內(nèi)干空氣質(zhì)量點(diǎn)，根據(jù)式（1-1）計(jì)算干空氣質(zhì)量的變化率，即可得到安全殼整體泄漏率的估計(jì)值。

L：安全殼整體泄漏率估計(jì)值；

W：安全殼內(nèi)干空氣質(zhì)量，kg。

V：安全殼的自由容積，m3；

R：干空氣氣體常數(shù)，8.31J/（mol·K）；

P：安全殼內(nèi)空氣的絕壓，kPa；

Pv：安全殼內(nèi)水蒸氣分壓力，kPa；

T：安全殼內(nèi)溫度，K。

由于試驗(yàn)條件下在內(nèi)層安全殼整體泄漏率測(cè)量期間P、Pv、T和W變化很小，所以由式（1-2）可得：

下標(biāo)0表示內(nèi)層安全殼整體泄漏率測(cè)量期間的第一組數(shù)據(jù)。

由式（1-4）可以看出，P、Pv、T的每個(gè)測(cè)量值都對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算有直接影響。

安全殼內(nèi)空氣的絕壓P可通過(guò)高精度壓力表直接測(cè)得；溫度T通過(guò)在安全殼內(nèi)布置的溫度傳感器測(cè)得。通過(guò)濕度傳感器測(cè)得的相對(duì)濕度H根據(jù)馬格納斯公式（1-3）可計(jì)算得出安全殼內(nèi)水蒸氣分壓力Pv。

H：安全殼內(nèi)相對(duì)濕度，%RH；

E0：0 ℃飽和水蒸氣壓，取6.107 8 hPa；

t：濕度傳感器處的干球溫度，℃；

α：常數(shù)，取7.5；

b：常數(shù)，取237.3。

2 相對(duì)濕度與絕對(duì)濕度

相對(duì)濕度是指濕空氣中的絕對(duì)濕度與相同溫度下可能達(dá)到的最大絕對(duì)濕度之比。絕對(duì)濕度就是每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，以g/m3表示。單位體積的空氣中能夠含有的水蒸氣是有極限的，當(dāng)該體積空氣中所含水蒸氣超過(guò)這個(gè)限值，水蒸氣就會(huì)凝結(jié)。這個(gè)極限又與溫度相關(guān)，通常情況下，溫度越高，單位體積的空氣中能夠含有的水蒸氣（即最大絕對(duì)濕度）越多。

安全殼試驗(yàn)期間，安全殼內(nèi)溫度通常在20~35 ℃，在這個(gè)溫度下，空氣最大絕對(duì)濕度如表1所示。

表1 溫度與最大絕對(duì)濕度對(duì)應(yīng)表

3 濕度傳感器失效

安全殼試驗(yàn)采用的濕度傳感器的核心元件為高分子薄膜型的濕敏電容，該電容具有感濕特性的電介質(zhì)，介電常數(shù)隨相對(duì)濕度的變化而變化。傳感器通常包括：①上部電極，主要用于保護(hù)傳感器核心材料不受灰塵等影響，并使水蒸氣通過(guò)；②下部電極，主要起到支撐傳感器的作用；③活性聚合物薄膜，作用是吸收水蒸氣。水蒸氣的吸收量主要取決于周?chē)h(huán)境的相對(duì)濕度，當(dāng)水蒸氣通過(guò)上部電極，到達(dá)活性聚合物薄膜，會(huì)改變傳感器電介質(zhì)特性，使電容值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電路測(cè)得電容值從而得出相對(duì)濕度值。

當(dāng)安全殼內(nèi)相對(duì)濕度達(dá)到100 %RH，即空氣中水蒸氣含量達(dá)到極限值，此時(shí)若溫度下降或水蒸氣繼續(xù)增加，安全殼內(nèi)的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)。凝結(jié)的水珠附著在濕度傳感器探頭上，造成傳感器活性聚合物薄膜的水蒸氣吸收量直接達(dá)到最大值，且短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)，使?jié)穸葌鞲衅髯x數(shù)失效。

當(dāng)傳感器失效時(shí)，應(yīng)將該失效傳感器的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)組中全部剔除，并且將該傳感器的體積權(quán)重系數(shù)進(jìn)行重新分配給留下的附近的傳感器，從安全殼整體密封性試驗(yàn)開(kāi)始取得的每一個(gè)數(shù)據(jù)組的安全殼干空氣質(zhì)量和相應(yīng)的泄漏率都應(yīng)該利用重新分配的體積權(quán)重系數(shù)重新進(jìn)行計(jì)算。

體積權(quán)重系數(shù)進(jìn)行重新分配時(shí)，應(yīng)遵循最優(yōu)路徑原則，即氣體溫度、濕度交換對(duì)流的最短路徑，而不是空間上的最短路徑。如下圖1所示，若A點(diǎn)為失效的傳感器，雖然B點(diǎn)距離A點(diǎn)最近，但是由于AB之間的墻體會(huì)導(dǎo)致兩點(diǎn)之間空氣溫度、濕度交換對(duì)流不充分，C點(diǎn)與A點(diǎn)之間的溫度、濕度參數(shù)比B點(diǎn)與A點(diǎn)之間更加接近。因此，C點(diǎn)才是A點(diǎn)的最優(yōu)路徑。

圖1 最優(yōu)路徑示意圖

4 相對(duì)濕度的調(diào)節(jié)

相對(duì)濕度=實(shí)際含水量/最大含水量，而最大含水量與溫度成正相關(guān)。因此，在安全殼試驗(yàn)期間，對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)有兩種方式：①調(diào)節(jié)安全殼內(nèi)空氣溫度；②調(diào)節(jié)安全殼內(nèi)空氣的實(shí)際含水量。

安全殼內(nèi)空氣的溫度受環(huán)境溫度影響最大。此外，由于試驗(yàn)期間會(huì)向安全殼內(nèi)注入壓縮空氣，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能，會(huì)導(dǎo)致安全殼內(nèi)空氣溫度升高；當(dāng)停止充氣后，由于安全殼本體的微量泄漏以及通過(guò)安全殼向外部傳熱，安全殼內(nèi)空氣溫度會(huì)逐漸降低。在安全殼試驗(yàn)期間，由于安全殼內(nèi)的高壓力導(dǎo)致島內(nèi)物項(xiàng)燃點(diǎn)降低，如果通過(guò)人為提高安全殼內(nèi)空氣溫度，不僅難度大、工作量大，經(jīng)濟(jì)性低，也不利于安全管控。

影響安全殼內(nèi)空氣實(shí)際含水量的因素包括：安全殼封閉前的空氣含水量、注入安全殼的壓縮空氣的含水量以及安全殼內(nèi)液態(tài)水的蒸發(fā)。因此，對(duì)安全殼內(nèi)空氣相對(duì)濕度的調(diào)節(jié)可通過(guò)下列方法。

4.1 安全殼封閉前的調(diào)節(jié)

安全殼封閉前，殼內(nèi)空氣的含水量直接受當(dāng)?shù)貧庀笥绊憽Ｒ虼?，安全殼封閉時(shí)間應(yīng)適當(dāng)避開(kāi)陰雨天氣。但是，我國(guó)南方夏季多雨，同時(shí)又受現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度影響，安全殼試驗(yàn)的時(shí)間通常無(wú)法進(jìn)行大幅調(diào)節(jié)。

安全殼封閉前還可通過(guò)通風(fēng)換氣的手段對(duì)殼內(nèi)空氣含水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。保持至少一道閘門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)，通過(guò)安全殼通風(fēng)換氣系統(tǒng)或者壓空系統(tǒng)或臨時(shí)空壓機(jī)向安全殼內(nèi)注入干燥空氣，以干燥空氣置換原濕空氣。如圖2所示。

圖2 安全殼通風(fēng)換氣示意圖

以某核電廠兩臺(tái)機(jī)組為例，其中1臺(tái)機(jī)組在安全殼封閉前通過(guò)臨時(shí)空壓機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣約2小時(shí)，另一臺(tái)機(jī)組在安全殼封閉前未進(jìn)行通風(fēng)換氣，如表2。

表2 兩臺(tái)機(jī)組試驗(yàn)過(guò)程中相對(duì)濕度對(duì)比表

通過(guò)表2對(duì)比可看出，通風(fēng)換氣可以有效地對(duì)安全殼內(nèi)空氣的相對(duì)濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在安全殼封閉前，通常將殼內(nèi)相對(duì)濕度控制在75 %RH以內(nèi)，基本可保障整個(gè)試驗(yàn)期間殼內(nèi)空氣相對(duì)濕度在較好狀態(tài)。

4.2 氣源含水量的控制

安全殼試驗(yàn)用氣量大，為7 000~13 000 m3/h，若用廠區(qū)正式壓空供氣，會(huì)對(duì)整個(gè)供氣管網(wǎng)造成影響。因此安全殼試驗(yàn)的氣源通常選用臨時(shí)空壓機(jī)。試驗(yàn)期間，安全殼完全封閉，注入的壓縮空氣中的水蒸氣會(huì)直接增加安全殼內(nèi)空氣的絕對(duì)濕度。根據(jù)《核電廠安全殼密封性試驗(yàn)》（NB/T20018-2010）要求，安全殼試驗(yàn)使用的氣源含水量必須低于1 g/m3。

安全殼試驗(yàn)期間，安全殼內(nèi)溫度通常在20~35 ℃，在這個(gè)溫度下，空氣最大含水量為20~40 g/m3。某核電機(jī)組采用的臨時(shí)空壓機(jī)在出氣口位置安裝干燥機(jī)后，經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的壓縮空氣采樣檢驗(yàn)，其露點(diǎn)為-50℃，即含水量約0.06 g/m3，遠(yuǎn)小于殼內(nèi)空氣的最大含水量，可忽略不計(jì)。

4.3 安全殼內(nèi)液態(tài)水的控制

安全殼打壓期間，安全殼內(nèi)可能存在的液態(tài)水包括：系統(tǒng)管線內(nèi)的液體泄漏、核島內(nèi)設(shè)置的水坑中的水、地面殘存水等，這些液態(tài)水在試驗(yàn)期間的蒸發(fā)都會(huì)增加安全殼內(nèi)空氣的絕對(duì)濕度。

在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，應(yīng)對(duì)安全殼內(nèi)進(jìn)行清理清潔，一方面是為了清除易燃易爆品，防止試驗(yàn)期間因高壓導(dǎo)致燃點(diǎn)降低而造成的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，另一方面也是為了清除灰塵雜物，防止其進(jìn)入開(kāi)口系統(tǒng)或設(shè)備，形成異物。除此之外，也要徹底清理地面的殘留液體，減少因液態(tài)水蒸發(fā)對(duì)殼內(nèi)空氣絕對(duì)濕度的影響。

試驗(yàn)前，安全殼內(nèi)的系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)需求進(jìn)行狀態(tài)在線，在線情況應(yīng)經(jīng)核實(shí)確認(rèn)，可以防止試驗(yàn)期間的異常泄漏，同時(shí)也可以防止管線內(nèi)的液體泄漏至安全殼內(nèi)。核島內(nèi)設(shè)置有較多的水池或水坑，比如輸水排氣系統(tǒng)的疏水坑、換料水箱等。這些水坑中的水通常很難在安全殼試驗(yàn)前進(jìn)行徹底清除，但是可以在試驗(yàn)前采取一些措施。降低液體蒸發(fā)的手段主要包括：①降低液體溫度；②降低液體表面空氣流動(dòng)速度；③減少液體表面積。降低液體溫度和減少表面積的手段，在安全殼試驗(yàn)中不易實(shí)現(xiàn)，因此可以考慮降低液體表面空氣流動(dòng)速度。比如在水坑口安裝臨時(shí)蓋板，這樣，一方面通過(guò)減少液體表面的空氣流動(dòng)來(lái)減少蒸發(fā)，同時(shí)也降低了蒸發(fā)的水蒸氣向安全殼內(nèi)空氣的擴(kuò)散。加裝的臨時(shí)蓋板應(yīng)注意不能采用易燃材料，同時(shí)應(yīng)給水坑預(yù)留通氣孔，防止承壓損壞。

5 總結(jié)

通過(guò)在安全殼封閉前進(jìn)行通風(fēng)換氣、降低向安全殼內(nèi)注入的壓縮空氣中的含水量以及減少安全殼內(nèi)液態(tài)水的蒸發(fā)，可以有效地將試驗(yàn)期間的島內(nèi)空氣濕度控制在一個(gè)較好的狀態(tài)，防止?jié)穸葌鞲衅鞯氖?，有利于試?yàn)的順利進(jìn)行和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的有效性。