核电厂安全壳泄漏率异常高分析与处理

【摘 要】安全壳作为核电厂的第三道屏障，也作为最后一道屏障，在核电厂安全上有着重要的意义，因此压水堆技术规格书对安全壳的要求也非常严格，特别是对安全壳泄漏率的要求，但安全壳涉及与外的接口又特别多。本文从方家山2号机组安全壳压力的异常变化分析安全壳各泄漏的可能性，利用排除法最终确定泄漏点。并利用分析安全壳压力的细微变化，快速定位泄漏部位。

【关键词】安全壳；泄漏率；压力；异常

1 核电厂安全壳压力日常变化分析

安全壳是带有钢衬里的预应力钢筋混凝土结构，其自由容积为50637m3，作为核电厂的第三道屏障，在设计上是一个相对封闭的系统，即既不允许有向外泄漏，也不允许向内泄漏。在技术规范上要求：除了在安全壳的扫气系统运行期间，在正常运行时对第三道屏障密封的直接泄漏进行监测，当安全壳内绝对压力为+0.106MPa时，其泄漏率应小于5Nm3/h（泄漏率应该有正负值，即向内或向外泄漏均不能超过5Nm3/h）。在监视上，设置了一套安全壳泄漏率计算系统；其次，较为直观的监视，即为安全壳的压力趋势。

影响安全壳压力的主要因素主要有几方面：

1）反应堆内布置有大量的气动阀门，气动阀门的动作会导致压空的泄漏，为正效应（+）

2）安全壳内水蒸气的凝结核蒸发，为正或负效应（可“+”，可“-”）

3）安全壳内其他承压设备的异常泄漏，如核岛氮气分配系统（RAZ），或安注箱的补氮气管线等等，为正效应（+）

4）安全壳的泄漏，主要是贯穿件的泄漏，为负效应（-）

综合以上几方面的因素来看，安全壳的压力应该为稳定上涨的，当上涨速率应该也是有限制的，参考技术规范的要求，为了降低安全壳的相对压力而投运安全壳扫气回路的时间要求为：80小时/年。一般来说，机组正常运行时安全壳内形成压力循环，由缓慢的升压过程和快速的降压过程组成，每个循环大概至少15天，如图1-1所示，安全壳内外大气压差P（P=安全壳内大气压Pcon-安全壳外大气压Patm）从-40hPa变化到+60h核电厂安全壳泄漏率异常高分析与处理

彭立新

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

【摘 要】安全壳作为核电厂的第三道屏障，也作为最后一道屏障，在核电厂安全上有着重要的意义，因此压水堆技术规格书对安全壳的要求也非常严格，特别是对安全壳泄漏率的要求，但安全壳涉及与外的接口又特别多。本文从方家山2号机组安全壳压力的异常变化分析安全壳各泄漏的可能性，利用排除法最终确定泄漏点。并利用分析安全壳压力的细微变化，快速定位泄漏部位。

【关键词】安全壳；泄漏率；压力；异常Pa，然后通过安全壳扫气管线急剧降到-40hPa，如此循环反复。

图1-1 安全壳内的压力循环

2 方家山2号机组安全壳压力异常分析

从2014年12月18日，二号机组离开维修冷停堆安全壳封闭后，到12月22日前，查看安全壳压力趋势，均上涨正常，查看安全壳泄漏率正常（小于5Nm3/h），但在12月22日到27日期间，安全壳的压力维持不变，12月27日往后，安全壳压力开始下降（此时的安全壳压力高于外界大气压力）。如图2-1所示，从压力趋势看，安全壳边界上或贯穿件管线上应该存在着泄漏点。

对于安全壳边界上或贯穿件管线上的泄漏点查找分析如下：

1）由于安全壳的贯穿件都执行过贯穿件密封性试验的验证，因此基本排除贯穿件本身的泄漏（如排除电气贯穿件、两次为盲板的贯穿件）；

2）流通空气但正常运行时为关闭的安全壳隔离阀可以排除；（如EBA的风阀、ETY扫气或排气的安全壳隔离阀等）

3）对于贯穿件为充满水的管道，由于水可以阻止气的泄漏，因此对于该类贯穿件可以排除；（如低压安注的管线、设备冷却水管线、REN的取样管线等）。

4）相对安全壳内压力为正压的排气管线，由于安全壳内的压力无法漏入到该类管道中来，因此基本可以排除。（如RPE001BA的排气管线、安注箱的排气管线、SAR的进气管线、低压氮气的进气管线等）

5）安全壳结构性的泄漏，但是由于安全壳执行过打压试验，而且之前安全壳的压力为上涨，因此，该类情况基本可以排除。

因此，将泄漏的嫌疑点基本锁定在以下几个部位：

1）安全壳RPE系统的排水管线上，即RPE027-028VP（RPE003BA和主系统排气管线、疏水管线）、RPE017-018VP（RPE001BA和主系统排水管线）、RPE055-056VE（RPE011PS）（这些贯穿安全壳管道为间断的排水，而且安全壳隔离阀为常开状态）

2）8m人员闸门密封泄漏。质疑点依据：一、12月22日，8m人员闸门进行了密封性试验，而此之后，安全壳压力开始不上涨；二、12月27日，开启8m人员闸门进入安全壳处理缺陷，而此之后，安全壳压力开始下降。

3）安全壳保健物理监测回路（安全壳的隔离阀ETY042VA/043VA/044VA/045VA均为开启），即KRT009、028MA回路；该回路为取样安全壳的空气，再通过KRT取样泵将气体返回到安全壳内，正常运行时，相当于安全壳边界的延伸。

4）贯穿安全壳的管道，但安全壳两侧只是通过盲板来实现密封的管道，盲板的密封面可能存在不严（如安全壳打压试验的充压管线、泄压管线）

3 安全壳漏气嫌疑点的分析及最终锁定

参考秦山二期3号机组和方家山1号机组，两个机组发生安全壳压力异常的原因都发生在安全壳废液排放（RPE）系统的排水管线上，并最终锁定在RPE027-028VP这条管线上。从流程上来分析（参考图3-1），该管线确实存在非常大的泄漏嫌疑。

如果排水管线上U型水封1的水封未建立，则通过联通管线安全壳内与壳外联通。安全壳压力异常往往是在安全壳封闭之后一段时间才能发现，而此时反应堆已经临界，如果出现异常进入安全壳的时机已经错过，只能通过关闭RPE027-028VP保证安全壳的压力。因此建议在壳外增加水封管线（U型水封2），该水封管线布置有注水管线和溢流管线，以便能在水封消失时注水和监视水封的存在。技术规范要求正常情况下安全壳压力在+3kPa到-4kPa之间，并且不能超过+6kPa。新加的U型管高度1m可满足安全壳内外压差+10kPa 对应的水封要求。

2015年1月5日，关闭RPE的安全壳隔离阀RPE027/028VP、RPE055/056VE、RPE017/018VP经过2天的观察，安全壳各压力表基本维持不变而且仍略有下降的趋势，因此基本可以排除通过RPE排水管线的泄漏。

8m人员闸门的密封性问题由于门动作时间与安全壳压力折点趋势大致吻合，因此也被列入泄漏嫌疑点内。2014年12月30日，2号机组小修，进入热停堆状态，通过8m人员闸门进入安全壳内检查人员闸门内外门密封性，并未发现异常。准备在其他嫌疑泄漏点未果的情况下再执行一次8m人员闸门的密封性试验。

由于隔离ETY保健物理监测回路，会产生KRT的第二组I0，因此优先考虑排除其他情况。2015年1月9日，隔离ETY保健物理监测回路（隔离ETY042VA/043VA/044VA/045VA），在隔离后，发现ETY102MP压力趋势（如图3-2），由原来的锯齿状转变为直线。但也无法排除压力表ETY102MP的精度误差。12h后发现ETY102MP压力上涨一个台阶，由直线再次变为锯齿状，2h后，其他的压力表也开始增加。安全壳泄漏点基本已锁定。通知保健物理人员检查该回路，发现连接KRT仪表的皮管处有破口。处理后，再次投运ETY回路，观察安全壳压力上涨正常。

4 结论

压水堆核电厂安全壳在安全上至关重要，技术规格书上对其泄漏要求非常严格，要求小于5Nm3/h，无论是向外或向外泄漏。由于安全壳的容积特别大（50000m3/h），细微的改变（漏或不漏）引起参数的变化（压力或泄漏率（通过计算而来），需要较长的时间，即存在严重的滞后性（压力一般需要24小时以上，泄漏率的变化需要5天甚至更长）。如此安全壳泄漏的缺陷不能及时发现，或安全壳泄漏点隔离需要一段时间才能表现出来。其二，安全壳接口繁多（贯穿件，闸门等），存在泄漏的地方分布极广。通过文章分析：

1）安全壳的泄漏通过安全壳压力的细微变化（非增长或下降趋势）可以及时（一般1-2h）判断状态是否发生改变；

2）定位泄漏点一般采取隔离法和排除法，一般通过贯穿件试验和闸门密封性试验排除大部分的泄漏点；

3）泄漏的定位点最总一般确定在日常投运的贯穿件上，如RPE的排水管线，ETY的KRT安全壳取样管线上等；

4）安全壳泄漏率参数为非直接测量参数，而是建模计算的数据，因此随探头或软件问题可能存在计算的错误或偏差，需要准确判断泄漏是否合理。