反应堆安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间优化研究
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Research on optimization of integrated leakage rate measurement stage duration for reactor containment
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通讯作者:
收稿日期: 2023-10-20 修回日期: 2023-12-27
Received: 2023-10-20 Revised: 2023-12-27
作者简介 About authors
刘锐(1985—),女,河北沧州人,高级工程师,硕士,从事核电厂安全相关设备研究,E-mail:
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刘锐, 单强, 梁招瑞, 侯秦脉.
LIU Rui, SHAN Qiang, LIANG Zhaorui, HOU Qinmai.
反应堆安全壳是限制放射性物质向外界环境释放的最后一道安全屏障,在役期间须定期进行安全壳整体泄漏率测量试验,该试验是核电机组建设与在役期间重要的大型综合试验项目。在安全壳整体泄漏率测量试验中,需要用干空气以一定的速率将安全壳充压至试验所要求的压力,并在该压力阶段停留一段时间,以连续测量安全壳内压力、温度和湿度等参数,最后通过理想气体状态方程计算得到安全壳整体泄漏率。目前,国内主流的M310及其改进型核电机组的试验方法参照法国的RCC-G (86)执行,即安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间为固定的24 h [1-2]。由于安全壳整体泄漏率测量试验风险高且位于大修关键路径[3-4],因此合理地优化安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间,以缩短安全壳承压时间,对提高核电厂的安全裕度和经济性具有重要意义。
近年来,学者们对核电厂安全壳整体泄漏率试验的原理及方法进行了深入研究。欧阳钦等[5]根据美国的安全壳整体试验标准ANSI/ANS-56.8-1994,开发了一系列完整的泄漏率计算程序。结果表明:所开发的计算程序在田湾核电厂1/2号机组首次在役整体试验中的应用效果显著。褚英杰等[6]介绍了3种常用的反应堆安全壳整体泄漏率计算方法,并对不同计算方法的差异及其对结果的影响进行了探讨。结果表明,基于3种计算方法得到的整体泄漏率基本相同。杜宇等[7]对福清核电厂1、2号机组安全壳整体泄漏率试验充压和降压速率的优化进行了研究。综上,目前针对安全壳整体泄漏率试验的研究大多集中于试验程序的开发和不同国家标准对试验结果的影响评价等方面,而对如何确定最优试验持续时间的考虑较少。
为此,笔者在研究国内外相关标准和调研法国同类型核电厂安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间修改实践的基础上,提出了适用于我国M310及其改进型核电机组的安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间优化方法,并以20组安全壳打压试验样本为例来计算安全壳整体泄漏率测量阶段的持续时间,以期为反应堆安全壳整体泄漏率测量方案的修改提供指导。
1 不同标准对安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间的要求
表1 不同标准对安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间的要求
Table 1
国家 | 标准 | 整体泄漏率测量阶段持续时间 |
---|---|---|
法国 | RCC-G (86) | =24 h |
美国 | ANSI/ANS-56.8-1994 | 至少4 h的安全壳内空气稳定判定时间和至少8 h的 试验终止判定时间(≥12 h) |
中国 | NB/T 20018—2010 | |
中国 | GB/T 51323—2018 |
2 法国的安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间调整方案
实践证明,法国的RCC-G (86)所规定的安全壳整体泄漏率测量阶段的持续时间为固定的24 h是偏保守的。这主要是因为在安全壳内压力上升和下降期间,材料中气体吸附与解析以及变形波动均会影响泄漏率。为此,法国电力集团对安全壳整体泄漏率测量阶段的持续时间进行了调整,主要包括以下两部分。
1)修改整体泄漏率测量阶段持续时间。
法国电力集团对安全壳整体泄漏率测量试验的所有历史数据进行了重新计算和分析,并对比了不同测量阶段所对应的整体泄漏率数据。结果表明,整体泄漏率测量阶段持续时间为16 h的计算结果与持续时间为24 h的结果可以等效,故可将整体泄漏率测量阶段的持续时间调整为16 h。
2)提出需要满足的准则。
法国电力集团给出了一个基于最近一次安全壳整体泄漏率测量数据的评价准则:只要核电机组最近一次的安全壳整体泄漏率测量试验数据符合
式中:
图1
图1
法国电力集团核电机组安全壳整体泄漏率试验的执行工期
Fig.1
Execution schedule of integrated leakage rate measurement test for containment of French Power Group nuclear power units
3 安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间优化方法
为了使反应堆安全壳整体泄漏率的测量结果更加保守和可信,在满足法国适用标准的基础上,参考国内的NB/T 20018—2010和GB/T 51323—2018,增加安全壳内空气稳定判定准则和整体泄漏率测量终止判定准则。拟采用的安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间的优化方法具体如下。
根据法国电力集团优化的判定公式,判断核电机组是否满足优化条件,即最近一次的安全壳整体泄漏率试验数据是否满足
当安全壳内达到设计压力后,将泄漏率测量系统开始采集的时刻记为
根据历年来多次安全壳整体泄漏率试验的实际情况,可知空气稳定过程一般不超过4 h。因此,当泄漏率测量系统采集满4 h后,即可开始判断安全壳内空气的稳定性。若同时满足
式中:
当泄漏率测量系统采集数据满16 h后,开始判断函数曲率和数据分布,以确定测量数据的变化趋势和判断测量数据是否分散。若同时满足函数曲率准则和数据分布准则,则认为试验可终止,并将试验终止时刻记为
1)函数曲率准则。函数在满足曲率要求的情况下,可认为其线性度可接受。若测量数据的拟合函数满足
其中:
式中:F表示F检验,F(1, n-3, 0.95)表示查表得到的95%置信水平对应的F值,Lam表示整体泄漏率的估计值;
若满足
若满足
若满足
2)数据分布准则。安全壳内干空气质量数据点相对于回归直线的分散程度应在可接受范围内。对回归直线的相关系数
图2
图2
安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间的优化策略
Fig.2
Optimization strategy for integrated leakage rate measurement stage duration for containment
4 实测数据验证
4.1 优化条件判定
根据法国电力集团给出的标准,针对国内M310及改进型核电机组的安全壳整体泄漏率数据进行测算(共20组打压试验样本),结果如表2所示。
表2 安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间优化条件判断 (%/24h)
Table 2
样本 序号 | Fm(16 h) | Fm(24 h) | Fm (24 h)- UFm(24 h) | Fm (24 h)+UFm(24 h) | 结论 |
---|---|---|---|---|---|
1 | -0.040 | -0.039 | -0.046 | -0.033 | 满足 |
2 | -0.040 | -0.037 | -0.047 | -0.026 | 满足 |
3 | -0.048 | -0.045 | -0.054 | -0.036 | 满足 |
4 | -0.044 | -0.031 | -0.045 | -0.017 | 满足 |
5 | -0.005 | -0.027 | -0.042 | -0.011 | 不满足 |
6 | -0.029 | -0.026 | -0.070 | 0.017 | 满足 |
︙ | ︙ | ︙ | ︙ | ︙ | ︙ |
19 | -0.034 | -0.019 | -0.042 | 0.003 | 满足 |
20 | -0.037 | -0.044 | -0.080 | -0.008 | 满足 |
表2结果表明,共有3组打压试验样本的安全壳整体泄漏率数据不满足优化的先决条件,即持续时间为16 h的安全壳整体泄漏率测量值与持续时间为24 h的整体泄漏率测量值的偏差较大,超过了整体泄漏率不确定度的范围,则下一次安全壳整体泄漏率试验的测量阶段依然持续24 h。其余打压试验样本的第16小时整体泄漏率测量值与第24小时整体泄漏率测量值的偏差在整体泄漏率不确定度范围内,具备将整体泄漏率测量阶段持续时间优化为16 h的条件,则可在后续安全壳整体泄漏率试验中实施优化。
4.2 安全壳内空气稳定判定
图3
图3
基于空气稳定性判据1的安全壳整体泄漏率验算结果
Fig.3
Calculation results of integrated leakage rate of containment based on air stability criterion 1
图4
图4
基于空气稳定性判据2的安全壳整体泄漏率验算结果
Fig.4
Calculation results of integrated leakage rate of containment based on air stability criterion 2
4.3 安全壳整体泄漏率测量终止判定
表3 安全壳整体泄漏率测量终止判定结果
Table 3
样本 序号 | 优化 条件 | 函数曲率准则 | 数据分布准则 | 备注 |
---|---|---|---|---|
1 | 满足 | 满足 | 满足 | |
2 | 满足 | 不满足 | 满足 | 第19.25小时满足 |
3 | 满足 | 满足 | 满足 | |
4 | 满足 | 满足 | 满足 | |
5 | 不满足 | |||
6 | 满足 | 满足 | 满足 | |
7 | 满足 | 满足 | 满足 | |
8 | 满足 | 满足 | 满足 | |
9 | 不满足 | |||
10 | 满足 | 满足 | 满足 | |
11 | 满足 | 满足 | 满足 | |
12 | 满足 | 满足 | 满足 | |
13 | 满足 | 满足 | 满足 | |
14 | 满足 | 不满足 | 满足 | 第18.25小时满足 |
15 | 满足 | 满足 | 满足 | |
16 | 满足 | 满足 | 满足 | |
17 | 不满足 | |||
18 | 满足 | 满足 | 满足 | |
19 | 满足 | 满足 | 满足 | |
20 | 满足 | 满足 | 满足 |
5 结 论
优化反应堆安全壳整体泄漏率测量阶段持续时间可以提高核电安全裕度,增加发电效益。目前,法国电力集团核电机组安全壳整体泄漏率测量阶段的持续时间已调整为16 h。本文所提出的优化方法在满足法国适用标准的基础上,增加了安全壳内空气稳定判定准则和安全壳整体泄漏率测量终止判定准则。对国内M310及其改进型核电机组的20组打压试验样本进行测算,结果表明,共有17组样本的测量数据满足优化条件,其中15组样本的第16小时的测量数据满足整体泄漏率测量终止判定准则,其余2组样本分别在第19.25小时和第18.25小时满足全部的验收准则。综上,本文优化方法比法国的方法更为保守、可信。
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