巴基斯坦恰希玛核电站安全壳整体密封性试验.pdf

巴基斯坦恰希玛核电站安全壳整体密封性试验 詹淑文 常华健 清华大学核能与新能源技术研究院, 北京 100084 蒋坚毅 郭红晓 北京冶核技术发展有限责任公司, 北京 100088 摘要 介绍了巴基斯坦恰希玛核电站安全壳整体密封性试验的理论方法和试验系统及第一次换料停堆期间进行的整 体密封性试验, 并对结果进行试验分析。 关键词 核电站 安全壳 整体密封性能试验 0 引言 核电站安全壳是核反应堆的最后一道屏障,在核 电厂运行前及之后的停堆换料检查期间 ,要对核电站 安全壳密封性能作检测, 以评价安全壳严重事故条件 下是否能保持其密封性能 ,防止放射性物质释放到周 围环境中去。 巴基斯坦恰希玛 30 万 kW 机组核电站是由我国 援建巴基斯坦的重要项目之一 ,其安全壳是有钢衬里 的混凝土结构。安全壳的密封性能主要是依据美国 的ANSI ANS- 56. 8 -1987“安全壳系统泄漏试验要求” 和美国 10CFR50 附录 J“水冷电站反应堆主安全壳泄 漏率试验”及我国标准压水堆核电厂安全壳密封性 试验程序EJ T589-1999 对其进行评估 。 1 理论分析 安全壳整体密封性试验原理是依据理想气体方 程,考虑安全壳内的温度变化和水蒸汽分压变化带来 的影响,采用绝对压力法计算安全壳内的空气质量变 化,从而得出安全壳整体泄漏率。泄漏率不随时间变 化。此外, 由于安全壳内被分成了许多房间 ,安全壳 内的温度场 、 湿度场等不是均匀的, 因此要用许多有 代表性的传感器进行测量 。每个传感器的测得值为 其被分配的容积的代表值 。将这些测量值进行加权 平均 ,计算出平均温度和平均水蒸汽分压。泄漏率的 计算值求得以后 ,还要根据统计原理来求取泄漏率的 置信上限 。 泄漏率是指单位时间 24 h 安全壳内干空气质 量的相对变化, 用 wt 24 h 表示。对于每一个时间 点 ti ,相应的安全壳内干空气质量 Wi 是利用理想 气体方程进行计算 Wi144V R Pi-Pvi Ti 1 式中 Pi 安全壳内气体的绝对压力; V 安全壳内部的自由容积; R 气体常数 ; Ti 安全壳内加权平均温度 ,由式 2 得到。 Ti 1 ∑ M j1 Vfj Tij 2 式中 M 温度传感器个数; Vfj 第 j 个传感器代表的体积系数 ; Tij 第 j 个传感器在第 i 时刻的绝对温 度值 。 Pvi计算如下 PviTi∑ k j 1 PvjiVfj Tj 3 式中 Pvji 在 i 时间间隔内第j 个传感器代表的 绝对水蒸气分压; k 用于测定水蒸气分压的传感器个数。 将安全壳内空气质量 W 随时间 t 变化曲线用最小二 乘法线性回归得到直线方程 WiAtiB 4 B 和A 分别代表最小二乘法线性的截距和斜率。为 了计算 A 和B , 首先计算平均时间值 t , 和空气平均 质量 W t ∑ti n 5 W ∑Wi n 6 这里求和符号表示在 n 个时间点上进行求和计算。 最小二乘线性的斜率 A 可以采用以下两者之一的公 式进行计算 A ∑ ti - t Wi- W ∑ ti - t 2 7 60 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 A n∑tiWi-∑ti ∑Wi n∑t 2 i-∑ti 2 8 截距 B ,可以采用以下方程 9 和 10 之一进行计算 B W -A t 9 B ∑ Wi ∑t 2 i-∑ti ∑tiWi n∑t 2 i-∑ti 2 10 每个 ti都是在开始进行读数的时刻和第 i 个读数时 刻之间的时间间隔。因此, t10, t2是在第 1 个读数 到来时刻所耗费的时间, 以此类推 。 泄漏率表示为在安全壳 t10 时刻的计算质量 变化率 。因为 ti的单位为小时 , 想要计算每天的泄 漏率值,质量点的泄漏率就可以表示为下面公式中计 算的一个正数 Lam-2 400 A B 11 根据线性回归理论,质量点的标准偏差的估计值为 s ∑ Wi - Wi 2 n -2 1 2 12 式中 Wi 时间 ti处的测量质量值 ; Wi 时间点 ti处的空气质量最佳估计值 如, WiAtiB 。 方程 12 等效表示为 S 1 n-2∑W 2 t- ∑Wi 2 n - [ ∑tiWi-∑ti ∑Wi n]2 ∑t 2 i-∑ti 2 n 1 2 13 令 K S [ n∑t 2 i-∑ti 2]1 2 14 斜率的试验标准偏差就是 SAK[ n] 1 2 15 方程 15 等效于 SA 1 n -2 n∑W 2 i - ∑Wi 2 n∑t 2 i - ∑ti 2 - A 2 1 2 16 截距的试验标准偏差计算为 SBK[ ∑t 2 i] 1 2 17 此外 ,斜率 A 和截距B 的试验协方差为 SABK 2[ - ∑ti] 18 在大多数的泄漏率试验中 ,SB B 相对于SA A 要小得 多。因此 , 对实际泄漏率的 95置信水平的置信上 限可以近似计算得到 UCL approxLam2 400t0. 95 SA B 19 式中 t0. 95 Lam的置信概率; SA A 的试验标准偏差。 2 计算模型与试验情况 巴基斯坦恰希玛核电站安全壳结构形式为圆柱 形预应力钢筋混凝土安全壳, 壳内有钢内衬起密封作 用,整个壳体的密封边界由安全壳混凝土结构、机械 贯穿件、 电气贯穿件以及人员和设备闸门几个部分组 成。在进行打压试验过程中, 进行整体泄漏率计算要 考虑到壳内气体环境的稳定过程需要一定的时间 一 般而言 ,稳定时间应当 ≮4 h ,这里采用的是气体稳 定条件公式 21 和 22 式 来确定泄漏率计算的起 始时间区段 。 为了保证安全壳空气稳定 ,应当同时满足以下两 个条件 1 在 L2h和 L1h之 间的差 值的绝对 值要 ≤ 0. 25La; 2 L1h应当≥0且小于最大允许泄漏率 La; 其中 , L1h或 L2h -2 400 [ n∑tiWi-∑ti ∑Wi ] ∑Wi ∑t2 -∑ti ∑tiWi 20 式中 L1h 计算泄漏率 , 由最后 1 个小时内质量 数据根据最小二乘法推导的斜率和截 距所计算的泄漏率值; L2h 计算泄漏率, 由最后 2 个小时内质量 数据根据最小二乘法推导的斜率和截 距所计算的泄漏率值; Wi ti时刻处的气体质量; ti 试验开始到 i 处数据点的时间间隔 。 0 ≤L1h≤La 21 |L2h-L1h| ≤0. 25La 22 验证试验 该阶段将流量测量管线上的阀门打开,放出一定 量气体,用流量计监测流量应控制在满足下式的 L0 0. 75La≤L0≤1. 25La 23 这时用CILRT 测量系统进行测量 ,如果所测泄漏率满 足下式 L0 Lam- 0. 25La ≤ Lc≤ L0 Lam 0. 25La 24 式中 L0 已知的叠加泄漏率 ; La 最大允许泄漏率 ; Lam 整体试验时泄漏率的计算值; 61 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 Lc 验证试验时综合泄漏率的计算值。 则认为CILRT 测量系统工作正常 ,整体试验测量和泄 漏率计算结果可信。 3 安全壳整体密封性试验测试系统 测试系统组成框图如图 1, 各种传感器的信号送 入数据采集器中, 并通过采集计算机 1 来发送控制 命令以获取原始数据 ; 数据处理程序被放置在 2 计 算机中来对通过网络传送自 1 计算机中的原始数据 进行数据处理和泄漏率的结果监控 。 图 1 安全壳整体密封性试验测试系统框图 4 试验过程 试验过程中根据实际情况对时间进行了调整 ,共 持续了207 h, 升降压曲线参看图2 。试验在1 个大气 压 绝压 下进行 8 h 的零压试验。在 133 kPa 绝压 下进行 3 h 人员闸门预备性密封性检查以及安全壳 内外目视检查。在 230 kPa 绝压 下进行19 h预备性 图 2 实际升降压曲线 整体密封性检查以及预备性低压泄漏率试验 即半压 试验 。在 399 kPa 绝压 下进行了 2 h 人员闸门耐压 试验 。待温度稳定后试验在 360 kPa 绝压 下进行 19 h整体密封性检查以及整体泄漏率试验。在整体 泄漏率试验结束之后 ,立即叠加一个已知的恒定的泄 漏量 L0 本试验为 0. 154wt 24 h 在安全壳系统现 有的泄漏中 ,并继续测量整体泄漏率, 以验证整体泄 漏率试验的准确性。在 360 kPa 绝压 下进行 5. 5 h 的验证试验。之后按规程降压 , 在压力降至大气压 后,CILRT 试验结束。试验在全压平台测得 整体泄漏率的实测值为 - 0. 0205wt 24 h; 泄漏率的95 置信上限值为 - 0. 0216wt 24 h ; 验证试验的叠加流量为 - 0. 154wt 24 h; 综合泄漏率为 Lc为 0. 175wt d。 满足 L0Lam-0. 25La ≤Lc≤ L0Lam0. 25La , 此处 La 为 0. 165wt 24 h 。泄漏率曲线参见图3 、 4。 图 3 半压试验泄漏率曲线 图 4 全压试验泄漏率曲线 5 试验结果分析 通过试验 , 全压试验整体泄漏率在置信水平为 95的置信上限 UCL 为 0. 0216wt 24 h, 小于允许 泄漏率 La 0. 165wt 24 h ,满足接受准则要求。验 证试验整体泄漏率 Lc为0. 175wt 24 h,满足接受准 则要求。因此, 整体泄漏率试验结果是可靠的 。在各 个阶段的温度变化曲线和湿度变化曲线与预期的假 想趋势也保持了一致性, 说明测试所用的仪器设备是 可靠的。通过试验可以看出, 对泄漏率结果的计算影 响比较大的是压力的变化 。尤其应当指出的是,在进 行全压泄漏率计算的时候, 由于该平台是在 1. 15 倍 设计压力平台进行安全壳结构试验后再降压 ,考虑到 安全壳混凝土中的气体有向内部空间“吐气”的现象, 先将壳内压力降到 0. 85 倍的设计压力, 并在此停留 18 h; 而后再次上升到设计压力进行试验 , 通过这种 升压过程可以减小“吐气”对壳内气体稳定造成的影 响,缩短壳内气体稳定所需的时间。 下转第 65 页 62 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 能通过主观估计获得 。对上游来水水质决定因子拟 采用三角形分布 [ 2] 。它的一个突出优点是只需提供 最小值、最可能值和最大值 3 个参数 ,无需给出具体 的概率。可以减少主观人为因素影响。 其三角形分布随机序列 xi a ri b -a c -a ,0 ≤ri≤c -a b -a b - 1-ri b -a b -c , c -a b -a ≤ri≤1 4 式中 r 计算机产生的 0,1 之间的随机数 ; a 、b、c 分别是入库 CODCr浓度的最小值、 最可能值、 最大值 。 3. 2. 3 水库蓄水量模拟 根据水库运用方式和目的 ,现对非汛期水库蓄水 量模拟 。库容采用均匀分布 。均匀分布只有一个区 间。这种分布要求的信息量少且简单。 均匀分布随机序列 xia b -a ri i 1,2, 5 式中 r 计算机产生的 0,1 之间的随机数 ; a 、b 分别是水 库蓄水 量的最 小值、最 大值。 3. 2. 4 水库出库CODCr预测 随机模拟的上游来水 CODCr浓度与随机模拟水 库蓄水量进行随机组合, 对 2010 年非汛期不同月份 分别模拟 500次并进行统计结果见表 1。 表 1 某水库出库 CODCr浓度模拟结果统计 月份1112123456 Ⅱ0 . 8 Ⅲ70. 86964. 86570 . 469 . 270 . 465 Ⅳ29. 230. 235. 23529 . 630 . 829 . 435 从预测的结果看出 ,以 CODCr评价因子 。水库的 出库水质主要集中在三类 ,如果按60 的概率来确 定水质类别 ,那么该水库 2010 年出库水质基本稳定 在三类水质 。 4 结论 水库出库水质预测, 问题复杂, 影响因素众多 ,将 灰色理论和蒙特卡罗原理相结合建立的模型 ,在考虑 影响水质的众多因素的基础上用灰色理论识别出主 要影响因素 ,用蒙特卡罗原理预测很大程度克服了专 家直接给定法的主观任意性, 并且可同时考虑不同影 响因素对水质状况的影响。实例运用证明灰色关联 分析的蒙特卡罗水库出库水质预测模型是客观 、合 理、 可行的 。 参考文献 [ 1] 贺北方, 刘正才. 灰色系统理论方法与应用. 北京 气象出版社, 1995. [ 2] 黄克中, 毛善培. 随机方法与模糊数学应用. 上海 同济大学出 版社, 1987. 作者通讯处 焦瑞峰 450004 郑州市城北路 8 号9 号楼 5 号 电话 0371 66023437 E -mail jiaoruifeng yrcccab. com 2005- 08-18 收稿 上接第 62页 6 结论 1 采用绝对压力法进行试验, 对试验数据应用 质量点法计算得到的结果具有很高准确度和可靠度。 2 试验过程中, 对泄漏率计算影响较大的参数 是气体压力的测试值 ,因而对压力的测试其准确度要 求非常高 。 3 从试验的理论分析和试验结果看 ,整体密封 性试验所用的测试系统和测试方法是可行的 。 4 从计算分析结果和试验结果看, 在全压平台 进行泄漏率计算时, 混凝土降压后有“吐气”的现象, 因而停留在该平台的稳定时间要≮4 h。 5 从试验的结果看出 ,在事故压力作用下,安全 壳具有很好的密封性能, 能够保证其泄漏出安全壳的 放射性物质是在可以接受的范围。 参考文献 [ 1] 周文权, 曲小朋, 孟凡彬. 核电站安全壳整体密封性试验方法. 核动力工程, 1997, 2 153 -157. [ 2] American Nuclear Society . American National Standard for Containment System Leakage Testing Requirements,1994, ANSI ANS -56. 8 -2002. [ 3] 梁永义, 秦荣大, 金承华. 秦山核电厂安全壳密封性能试验的仪 表测量系统. 核科学与技术, 1992, 12 3 206 -212. 作者通讯处 詹淑文 100084 北京市清华大学 11 -105 室 电话 010 62776442 13241856004 E -mail zhansw04 mails. tsinghua. edu. cn 2005- 11-18 收稿 65 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 MONITORING OF WATERQUALITY OF SUBSIDED POOL INCOAL MINE BY MICRONUCLEUS TEST TECHNIQUE WITHVICIA FABAYao Enqin Gui Herong 57 Abstract It was conducted the monitoring of water quality of subsided pool in Huainan Coal Mine using micronucleus test technique with vicia faba; at the same time the determinationof chloride, electrical conductivity, BOD5, CODCrandDO was done. The results show that water in the subsided pool has been polluted moderately. Microncleus test with vicia faba has a certain relation with chloride, electrical conductivity, BOD5, CODCrand DO. Keywords microncleus test technique, chloride, electrical conductivity , BOD, CODCr, DO and subside CONTAINMENT INTEGRATED LEAK RATE TEST CILRTOF CHASHMA NUCLEAR POWER PLANT IN PAKISTANZhan Shuwen Chang Huajian Jiang Jianyi et al 60 Abstract The theoretic of the CILRT and the test system are introduced, also the analysis of the result of the CILRT for Chashma Nuclear Power Plant in Pakistan during the first fuel updating is involved. Keywords nuclear power plant, containment and integrated leak rate test MONTE -CARLO BASED FORECAST MODEL OF OUTLET WATER QUALITY OF A RESERVOIR ACCORDING TO GRAY CONNECTION ANALYSISJiao Ruifeng Wu Hao Shi Yang 63 Abstract Using the gray theory and the Monte -Carlo , an imitative forecast model is established of the outlet water quality of a reservoir. At first the major influence factors are indentified accurately by the gray connection analysis . Then subjective random of expert directly assigning has beenovercome by theMonte -Carlo theory . Andthe effects of many major factors are simultaneously considered on the water quality condition. Which can make the predicted result objective and reasonable. Keywords water quality forecast, gray connection analysis, connection coefficient, Monte -Carlo and simulation PRODUCTIONAND CONTROL OF DISINFECTIONBY -PRODUCTS OF CHLORINE DIOXIDE Pan Ning Li Jincheng XuYouqin 66 Abstract Chlorine dioxide disinfection by -products include chlorite and chlorate. Chlorite is the dominant by -product and doesgreat harm to human body. Based on foreign and domestic researches , it is analysed the production and removal s of chlorine dioxide by -product and found out that sulfide, granular actived carbon GAC, ozonation and ferrousion are the effective s to remove chlorite. By comparison ferrous ion is the most promising to remove and control chlorite. There is no effective to remove chlorate. Keywords chlorine dioxide, disinfection by -products, chlorite and ferrous ion TECHNOLOGY TO TREAT COKE OVEN SMOKE BY MOTILE PURIFIER Hao Mingliang Ma Chengyu Qiao Wenli 69 Abstract It is introducd a technology to treat coke oven smoke by motile purifier. The result shows that after treating the smoke, the effluent gascan meet the national “ Emission Standard of Air Pollutants for Coke Oven” , the average concentration of SO2is 320 mg m3, the average concentration of soot is 215 mg m3, the smoke black is Lingman 1. Keywords coke oven, coal gas, smoke treatment, soot and SO2 THE ATION MECHANISM OF WHITE -SMOKE IN SPRAY DRYING TOWER OF CERAMIC FACTORY AND SOLVING MEASURESNie Yuqiang Kuang Xiaolei Song Chunhua 71 Abstract In light of ceramic factory chimney sending out white -smoke and causing environment pollution, two treatment schermes “ increasing temperature ” and“ decreasing temperature ” are provided. A mathematical model for increasing temperature scheme is established. According to this model, a minimum critical increasing temperature value is found out. The computing resultwhich hasbeen applied in the smoke treatment of the ceramic factory, whose correctness has also been verified. Keywords environment protection, smoke and mathematical model ANALYSIS AND APPLICATION OF DUST CONTROL WAY IN THE AREA ABOVE RAW MATERIAL CHUTE OF IRON WORKSChi Zhiyong 73 Abstract It is expounded the characteristics of dust pollution of the area above raw material chute in iron works, as well as an application example of travelling vent hole equipment for dedusting. Keywords dust control, iron works, chute and travelling dumper 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006