一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验装置及方法
阅读说明：本技术 一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验装置及方法 (Nuclear power plant master control room leakage rate test simulation test device and method ) 是由 郑仕建 郭静涛 钟小华 刘文杰 刘勇 楚济如 田齐伟 胡靖� 张彪 林佳 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明属于核电厂试验技术领域,具体涉及一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验装置及方法。包括由内至外依次嵌套设置并能够各自调整气密性的模拟主控室(1)、模拟主控室外罩(2)、试验室(3),还包括为模拟主控室(1)和模拟主控室外罩(2)注入示踪气体和压缩空气的正压与示踪气体注入子系统,以及对模拟主控室(1)和模拟主控室外罩(2)进行气密性试验的仪表子系统和数据采集处理装置(21)。本发明通过对不同测试方法得出的测试结果进行对比分析以确定试验方法的正确性和准确性；还可以通过对正压值进行调整,从而推算出正压值与内漏率之间的关系,为系统和功能的设计者提出合适的正压推荐值。(The invention belongs to the technical field of nuclear power plant tests, and particularly relates to a device and a method for testing and simulating leakage rate in a master control room of a nuclear power plant. The test system comprises a simulation main control room (1), a simulation main control room outer cover (2) and a test room (3), wherein the simulation main control room (1), the simulation main control room outer cover (2) and the test room (3) are sequentially nested from inside to outside and can respectively adjust the air tightness, and the test system also comprises a positive pressure and trace gas injection subsystem for injecting trace gas and compressed air into the simulation main control room (1) and the simulation main control room outer cover (2), and an instrument subsystem and a data acquisition and processing device (21) for performing the air tightness test on the simulation main control room (1) and the simulation. According to the invention, the correctness and the accuracy of the test method are determined by comparing and analyzing the test results obtained by different test methods; the relationship between the positive pressure value and the internal leakage rate can be calculated by adjusting the positive pressure value, and a proper positive pressure recommended value is provided for designers of systems and functions.)
技术领域
本发明属于核电厂试验技术领域，具体涉及一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验装置及方法。
背景技术
核电厂发生事故后，主控室必须满足操纵员可居留性条件。为满足此要求，传统核电厂都采用不同的手段来保证主控室相对于周边区域维持一定的相对正压，以此理论—空气只能通过主控室压力边界从室内高压侧向室外低压侧单向流动。设计人员只需关注保持主控室相对外界微正压即可，而无需考虑室外空气(严重事故后可能含有气载放射性物质)反方向渗透进入室内的可能性。
美国核管会(NRC)于1991-2001年间对其国内约30％的取照核电厂的主控室压力边界进行现场试验测量内漏率，结果却出乎意料，几乎所有核电厂主控室内漏率实测值均大于其设计分析中采用的假定值。
相关试验证明主控室剂量分析采用的关键性假设并不保守。仅采用微正压而不测定实际内漏率的理论不能满足主控室可居留性要求。美国核管会(NRC)在2003年发出通用信函向各核电厂提出了利用示踪气体测量主控室实际内漏数据的试验要求。
在我国，基于第三代核电机组AP1000和华龙一号(HPR1000)对于核电厂主控室在事故工况下可居留性提出了更严格的要求，但由于在某种或某些特定情况下主控室压力边界内孔洞封堵材料老化失效、气流组织不畅、局部负压等因素影响下会出现未经过滤的含有放射性气溶胶的空气直接进入主控室的情况，这对主控室操纵员的人身健康存在潜在威胁，因此需要针对核电厂的主控室进行内漏率测试。
发明内容
针对核电厂主控室在事故工况下可居留性的严格要求，本发明的目的是研制一种从内漏率测试到查找漏点、再到正压保障一整套的核电厂主控室压力边界完整性验证装置并设计相应的验证方法。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验装置，其中，包括由内至外依次嵌套设置并能够各自调整气密性的模拟主控室、模拟主控室外罩、试验室，还包括为所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩注入示踪气体和压缩空气的正压与示踪气体注入子系统，还包括对所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩进行气密性试验的仪表子系统和数据采集处理装置。
进一步，所述模拟主控室为长方体结构，规格：长×宽×高＝4m×3m ×1.5m；由透明、硬质板的面板材料构成，所述面板材料的厚度为2cm；所述模拟主控室的顶板均匀设置100个螺栓孔，用于模拟所述模拟主控室可能存在的漏点。
进一步，所述螺栓孔的直径为2.5cm，长度为2cm，所述螺栓孔的上半部为1cm的螺纹，下半部为1cm的光滑孔。
进一步，所述模拟主控室外罩为长方体结构，规格：长×宽×高＝6m ×5m×2.5m；采用与所述模拟主控室相同的所述面板材料构成，并与所述模拟主控室共用底板，所述模拟主控室的顶面和4个立面与所述模拟主控室外罩均相距100cm；所述面板材料的厚度为2cm，所述面板材料包括有机玻璃或者PC板。
进一步，所述试验室还设有保证所述试验室恒温恒湿环境的环境子系统，所述环境子系统为空调。
进一步，所述正压与示踪气体注入子系统包括按照压缩空气流经方向通过气路管线依次串联的空压机、压缩空气储罐、截止阀、减压阀和连接到所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩内的气体出口，还包括设置在所述减压阀与所述气体出口之间的气路管线上的示踪气体定流量注入装置，还包括测量所述气路管线内的压力和流量的压力表及流量表。
进一步，所述仪表子系统包括设置在所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩和所述试验室内的压力传感器和温湿度传感器，用于监测所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩和所述试验室的内部的压力、温度、湿度；所述仪表子系统还包括设置在所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩内的若干示踪气体传感器，用于监测所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩内的示踪气体浓度。
进一步，所述压力传感器的量程为0～0.5MPa，正常值为0.1MPa，信号输出为4～20mA；所述温湿度传感器的温度量程为0～100℃，湿度量程为0～100％；所述示踪气体传感器的量程为0～10ppm。
进一步，所述数据采集处理装置与所述仪表子系统相连，用于实时采集所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩和所述试验室的内部的压力、温度、湿度的数据，以及用于实时采集所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩内的示踪气体浓度，并根据采集的数据绘制曲线。
进一步，所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩和所述试验室上的所有预留孔洞均采用硅胶密封；在所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩上预留气密试验接口，用于验证所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩的气密性。
为达到以上目的，本发明还公开了用于以上所述的核电厂主控室内漏率测试模拟试验装置的一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验方法，包括如下步骤：
步骤S1，使所述试验室的内部环境保持在温度25℃、湿度65％；
步骤S2，进行气密试验，所述气密试验是指使所述模拟主控室内部的气压保持在2KPa，使所述模拟主控室外罩内部的气压保持在1KPa，保持时间为24小时；
步骤S3，所述气密试验合格后将所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩的内部的压力放空；
步骤S4，将所述模拟主控室的顶板的所述螺栓孔开启，确保所述模拟主控室有漏点存在；
步骤S5，向所述模拟主控室注入压缩空气，使得所述模拟主控室内部产生相对于所述模拟主控室外罩的30Pa正压；
步骤S6，使用恒定浓度法测试所述模拟主控室的内漏率,记为Q1；
步骤S7，使用恒定流量注入法测试所述模拟主控室的内漏率,记为Q2；
步骤S8，使用浓度衰减法测试所述模拟主控室的内漏率,记为Q3；
步骤S9，比较所述Q1和所述Q2和所述Q3，其偏差不超过5％，则认为测试方法正确；如所述偏差超过5％，应分析原因，查找问题后，重新执行所述步骤S6、所述步骤S7、所述步骤S8，直至Q1，Q2，Q3的所述偏差不超过5％；
步骤S10，使用所述恒定浓度法对所述模拟主控室的内漏率进行10次测试,得到10个所述Q1，各个所述Q1之间的偏差不超过5％,则认为测试方法准确；如所述偏差超过5％，应分析原因，查找问题后，重新执行所述步骤S10，直至10个所述Q1的所述偏差不超过5％；
步骤S11，使用所述恒定流量注入法对所述模拟主控室的内漏率进行 10次测试,得到10个所述Q2，各个所述Q2之间的偏差不超过5％,则认为测试方法准确；如所述偏差超过5％，应分析原因，查找问题后，重新执行所述步骤S11，直至10个所述Q2的所述偏差不超过5％；
步骤S12，使用所述浓度衰减法测试对所述模拟主控室的内漏率进行 10次测量,得到10个所述Q3，各个所述Q3之间的偏差不超过5％,则认为测试方法准确；如所述偏差超过5％，应分析原因，查找问题后，重新执行所述步骤S12，直至10个所述Q3的所述偏差不超过5％；
步骤S13，对所述模拟主控室内的所述正压进行10次调节，所述正压分别选择为5Pa、10Pa、15Pa、20Pa、25Pa、30Pa、35Pa、40Pa、45Pa、 50Pa，针对每一次调节所得到的不同压力的所述正压均通过所述步骤S6 至所述步骤S12进行测试得到相对应的所述内漏率，从而得出所述正压与所述内漏率之间的关系。
进一步，在所述步骤S2中，所述气密试验保持24小时后，如果所述模拟主控室和所述模拟主控室外罩的内部气压的压力变化均低于1％，视为所述气密试验合格，并进行下一步骤，否则查漏后重新进行所述气密试验。
进一步，在所述步骤S5中，需要待所述正压稳定后，再进行下一步操作；所述稳定是指自达到相应的正压值后开始计时，10分钟内，正压值的波动值不超过正压值的10％，视为已达到稳定状态；所述正压值的波动值是指计时时间内最大正压值减去最小正压值。
本发明的有益效果在于：
1.本发明可以分别采用恒定流量法、恒定浓度法、浓度衰减法进行内漏率测试，通过不同测试方法得出的测试结果对比以确定试验方法的正确性和准确性。
2.本发明可以通过对正压值进行调整，从而找出正压值与内漏率之间的关系，能够为设计者给出合适的正压推荐值。
附图说明
图1是本发明
具体实施方式
中所述的一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验装置的示意图；
图2是本发明具体实施方式中所述的模拟主控室1、模拟主控室外罩2 和试验室3的示意图；
图3是本发明具体实施方式中所述的模拟主控室1和模拟主控室外罩 2的仰视图；
图4是本发明具体实施方式中所述的模拟主控室1的主视图；
图5是本发明具体实施方式中所述的模拟主控室1的右视图；
图6是本发明具体实施方式中所述的模拟主控室1的俯视图；
图7是本发明具体实施方式中所述的模拟主控室外罩2的主视图；
图8是本发明具体实施方式中所述的模拟主控室外罩2的右视图；
图9是本发明具体实施方式中所述的模拟主控室外罩2的俯视图；
图10是本发明具体实施方式中所述的仪表子系统与数据采集处理装置21、信息显示单元22的连接关系示意图(图中的仪表子系统包括：设置在模拟主控室1上的1个温湿度传感器19、1个压力传感器20、4个示踪气体传感器12；设置在模拟主控室外罩2上的1个温湿度传感器19、1 个压力传感器20、4个示踪气体传感器12)；
图中：1-模拟主控室，2-模拟主控室外罩，3-试验室，4-空调，5-空压机，6-压缩空气储罐，7-截止阀，8-减压阀，9-压力表，10-流量表，11- 示踪气体定流量注入装置，12-示踪气体传感器，13-螺栓孔，14-疏水阀， 15-安全阀，16-数据采集处理装置，17-预留孔洞，18-气密试验接口，19- 温湿度传感器，20-压力传感器，21-数据采集处理装置，22-信息显示单元， 23-打印机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1、图2所示，本发明提供的一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验装置，由模拟主控室1、模拟主控室外罩2、试验室3、正压与示踪气体注入子系统、环境子系统、仪表子系统和数据采集处理装置21等构成。模拟主控室1、模拟主控室外罩2、试验室3由内至外依次嵌套设置，并且模拟主控室1、模拟主控室外罩2、试验室3能够各自调整气密性。正压与示踪气体注入子系统用于为模拟主控室1和模拟主控室外罩2注入示踪气体和压缩空气。仪表子系统和数据采集处理装置21用于对模拟主控室1 和模拟主控室外罩2进行气密性试验。
如图1、图2、图3所示，模拟主控室1为长方体结构，规格：长×宽×高＝4m×3m×1.5m；由透明、硬质板的面板材料构成，面板材料的厚度为 2cm；模拟主控室1的顶板均匀设置100个螺栓孔13，用于模拟在模拟主控室1上可能存在的漏点。
螺栓孔13的直径为2.5cm，长度为2cm，螺栓孔13的上半部为1cm 的螺纹，下半部为1cm的光滑孔。
如图1、图2、图3所示，模拟主控室外罩2为长方体结构，规格：长×宽×高＝6m×5m×2.5m；采用与模拟主控室1相同的面板材料构成，并与模拟主控室1共用底板，模拟主控室1的顶面和4个立面与模拟主控室外罩2均相距100cm；面板材料包括有机玻璃或者PC板，面板材料的厚度为 2cm。
环境子系统设置在试验室3内，用于保证试验室3内的恒温恒湿环境，环境子系统为空调4，通过多台空调4实现试验室3内的恒温恒湿环境，将环境变化对试验结果的影响降到最低。
如图1所示，正压与示踪气体注入子系统包括按照压缩空气流经方向通过气路管线依次串联的空压机5、压缩空气储罐6、截止阀7、减压阀8 和连接到模拟主控室1和模拟主控室外罩2内的气体出口，还包括设置在减压阀8与气体出口之间的气路管线上的示踪气体定流量注入装置11，还包括测量气路管线内的压力和流量的压力表9及流量表10。
如图1所示，仪表子系统包括设置在模拟主控室1和模拟主控室外罩 2和试验室3内的压力传感器20和温湿度传感器19，用于监测模拟主控室 1和模拟主控室外罩2和试验室3的内部的压力、温度、湿度；仪表子系统还包括设置在模拟主控室1和模拟主控室外罩2内的若干示踪气体传感器12，用于监测模拟主控室1和模拟主控室外罩2内的示踪气体浓度。
压力传感器20的量程为0-0.5MPa，正常值为0.1MPa，信号输出为4～ 20mA；温湿度传感器19的温度量程为0～100℃，湿度量程为0～100％；示踪气体传感器12的量程为0～10ppm。
如图10所示，数据采集处理装置21与仪表子系统相连，并连接到带有打印机23的信息显示单元22(信息显示单元22为电脑)，用于实时采集模拟主控室1和模拟主控室外罩2和试验室3的内部的压力、温度、湿度的数据，以及用于实时采集模拟主控室1和模拟主控室外罩2内的示踪气体浓度，并根据采集的数据绘制曲线，以便准确判断示踪气体平衡浓度。
如图4至图9所示，模拟主控室1、模拟主控室外罩2和试验室3上的所有预留孔洞17均采用硅胶密封(预留孔洞17用于仪表、线缆的安装)，在模拟主控室1和模拟主控室外罩2上预留气密试验接口18，用于试验装置搭建完成后，验证模拟主控室1和模拟主控室外罩2的气密性。
本发明还公开了用于如上所述的一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验装置的一种核电厂主控室内漏率测试模拟试验方法，包括如下步骤：
步骤S1，使试验室3的内部环境保持在温度25℃、湿度65％，以数据采集处理装置21采集到的试验室3的气压、温度、湿度曲线平滑作为判断标准；(在步骤S1之前还包括：组装试验装置，并将所有的仪表固定、就位、密封；给所有远传仪表供电，确保所有远传数据可以传输到数据采集与处理子系统。)
步骤S2，进行气密试验，气密试验是指将空压机5的压空进气口与模拟主控室1和模拟主控室外罩2的气密试验接口18相连接，向模拟主控室 1和模拟主控室外罩2内充入适当的压力，使模拟主控室1内部的气压保持在2KPa，使模拟主控室外罩2内部的气压保持在1KPa，保持时间为24 小时；气密试验保持24小时后，如果模拟主控室1和模拟主控室外罩2的内部气压的压力变化均低于1％，视为气密试验合格，并进行下一步骤(步骤S3)，否则对模拟主控室1和模拟主控室外罩2查漏后重新进行气密试验；
步骤S3，气密试验合格后将模拟主控室1和模拟主控室外罩2的内部的压力放空；
步骤S4，操作人员通过模拟主控室1上的人孔进入模拟主控室1，将模拟主控室1的顶板的螺栓孔13适当开启，确保模拟主控室1有漏点存在；操作人员退出模拟主控室1；
步骤S5，通过模拟主控室1的气密试验接口18向模拟主控室1注入压缩空气，使得模拟主控室1内部产生相对于模拟主控室外罩2的30Pa 正压(即模拟主控室1的气压-模拟主控室外罩2的气压＝30Pa)；在步骤 S5中，需要待正压稳定后再进行下一步(步骤S6)操作；所述的稳定是指自达到相应的正压值后开始计时，10分钟内，正压值的波动值不超过正压值的10％，视为已达到稳定状态；所述的正压值的波动值是指计时时间内最大正压值减去最小正压值；
步骤S6，使用恒定浓度法测试模拟主控室1的内漏率,记为Q1；
步骤S7，使用恒定流量注入法测试模拟主控室1的内漏率,记为Q2；
步骤S8，使用浓度衰减法测试模拟主控室1的内漏率,记为Q3；
步骤S9，比较Q1和Q2和Q3，其偏差不超过5％，则认为测试方法正确；如偏差超过5％，应分析原因，查找问题后，重新执行步骤S6、步骤 S7、步骤S8，直至Q1，Q2，Q3的偏差不超过5％；
步骤S10，使用恒定浓度法对模拟主控室1的内漏率进行10次测试, 得到10个Q1，各个Q1之间的偏差不超过5％,则认为测试方法准确；如偏差超过5％，应分析原因，查找问题后，重新执行步骤S10，直至10个Q1 的偏差不超过5％；
步骤S11，使用恒定流量注入法对模拟主控室1的内漏率进行10次测试,得到10个Q2，各个Q2之间的偏差不超过5％,则认为测试方法准确；如偏差超过5％，应分析原因，查找问题后，重新执行步骤S11，直至10个 Q2的偏差不超过5％；
步骤S12，使用浓度衰减法测试对模拟主控室1的内漏率进行10次测量,得到10个Q3，各个Q3之间的偏差不超过5％,则认为测试方法准确；如偏差超过5％，应分析原因，查找问题后，重新执行步骤S12，直至10个 Q3的偏差不超过5％；
步骤S13，通过正压与示踪气体注入子系统对模拟主控室1内的正压进行10次调节，正压分别选择为5Pa、10Pa、15Pa、20Pa、25Pa、30Pa、 35Pa、40Pa、45Pa、50Pa，针对每一次调节所得到的不同压力的正压均通过步骤S6至步骤S12进行测试得到相对应的内漏率，从而得出正压与内漏率之间的关系。
步骤S14，试验结束，恢复系统。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。