CN107132006A - 一种主控室内漏量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主控室内漏量测量方法，包括如下步骤：首先通过瞬时注入装置向主控室内注入预先估算所得的示踪气体量，使主控室示踪气体浓度很快接近预期的平衡浓度；然后使用低流速示踪气体释放装置释放低浓度或小流量的示踪气体，保持注入的示踪气体维持浓度近乎不变；利用质量守恒定律计算求得进入主控室总的内漏量，最终由此减去示踪气体量即为无过滤空气内漏量。采用本发明内漏量测量方法，可实现高效、快速的对主控室无过滤空气内漏的测量，进而可以对主控室可居留性进行评价，保证主控室操作人员在事故工况下不丧失控制主控室的能力。

Description

一种主控室内漏量测量方法

技术领域

本发明属于气体检测领域，具体涉及一种主控室内漏量测量方法，该方法可用于主控室无过滤器空气内漏的测量，进而对主控室可居留性进行评价。

背景技术

核电厂主控室是关系到在正常及事故工况下核电厂运行控制的关键位置，因而保证主控室在正常及事故工况下的可居留性有着极其重要的意义。美国核电厂通用设计标准GDC-19要求：对于放射性测试，主控室运行人员的全身剂量应小于50mSv(身体其它部位应与此标准相当)或小于50mSv总有效剂量当量；对于火灾或有害化学物质测试，设计要求是主控室运行人员应不丧失在主控室或备用控制台控制反应堆的能力。

在以前核电厂的建造及运行过程中，认为维持主控室相对于其邻近区域的微正压即可。1991-2001年期间，美国对约30％的反应堆主控室进行了完整性测试，所有的主控室都进行了放射性运行模式的测试，同时还对一些主控室进行了有害化学物质测试，其中只有一个主控室满足放射性测试的内漏量设计值，而其余所有主控室都不满足有害化学物质测试模式的内漏量设计值。这些完整性测试经验表明仅仅压差测试对于检验主控室的完整性而言可能并不可靠。因此，美国核管会认为有必要建立完善的评价方法以对核电厂主控室完整性及可居留性进行评价并进而提出补救建议，而进行核电厂主控室完整性及可居留性评价的一个重要参数是进入主控室的无过滤空气内漏量。截止2011年，美国绝大部分核电厂均已完成了主控室无过滤空气内漏量测试工作。

目前，我国国家核安全局对核电厂主控室的可居留性内漏试验没有做强制性规定，但HAF103-2004《核动力厂运行安全规定》要求核电厂主控室及其周围区域必须能保证厂区工作人员在事故工况下不会受到过量的辐射危害。而在评估主控室人员事故工况下的辐射剂量时，主控室内漏量是重要的前提条件。但是，现有主控室正压试验方法无法实现主控室内漏量的定量测量，事故工况下主控室人员的剂量评估缺乏有效的数据支撑。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种主控室内漏量测量方法，能够高效、快速的测量无过滤空气进入主控室的内漏量，进而可对主控室可居留性进行评价，保证主控室操作人员在事故工况下不丧失控制主控室的能力。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种主控室内漏量测量方法，包括如下步骤：

1)通过注入装置向主控室注入预先估算的示踪气体量，使主控室内示踪气体浓度很快接近预期的平衡浓度；

2)使用低流速示踪气体释放装置向主控室内释放低浓度或小流量的示踪气体，保持注入的示踪气体维持浓度近乎不变；

3)通过测量仪器测量在给定时间内主控室示踪气体浓度的变化，计算示踪气体初始浓度与终了浓度的对数差并除以时间间隔即可得出主控室内漏率，再通过主控室内漏率与已知主控室自由容积的乘积获得主控室内漏量。

进一步，步骤3)中，所述测量仪器为气相色谱，利用气相色谱中的电子捕获检测器测定示踪气体的浓度。

进一步，步骤1)中，示踪气体初始注入量，根据已知主控室自由容积与主控室内示踪气体目标浓度的乘积进行计算。

进一步，步骤1)中，所述示踪气体浓度是否达到平衡，通过下式进行判定，式中:T_test为测试时长；C_final为在测试终了时主控室内示踪气体浓度；C_initial为在测试开始时主控室内示踪气体浓度；qtracer为示踪气体流量；V_zone为主控室自由容积。

进一步，步骤2)中，所述释放装置包括气体钢瓶及与气体钢瓶连接的管线，所述管线上依次设有减压阀、稳压阀、稳流阀和流量计。

本发明的有益技术效果在于：

(1)能够高效、快速的测量无过滤空气进入主控室的内漏量，进而可对主控室居留性进行评价，确保主控室操作人员在事故工况下不丧失控制主控室的能力；

(2)通过采用对主控室空气容积测量，进而解决了依照标准进行现场试验的难题；

(3)适用的范围广，可用于核电厂、民用房间、工矿通风的工业应用领域及其它气体泄露测量领域。

附图说明

图1是本发明释放装置的结构示意图。

图中：

1-气体钢瓶 2-减压阀 3-稳压阀 4-稳流阀 5-流量计

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

本发明提供的主控室内漏量测量方法，包括如下步骤：1)通过瞬时注入装置注入预先估算所得的示踪气体量，使主控室示踪气体浓度很快接近预期的平衡浓度；2)使用低流速示踪气体释放装置释放低浓度或小流量的示踪气体，保持注入的示踪气体维持浓度近乎不变；3)利用质量守恒定律计算求得进入主控室总的内漏量，最终由此减去示踪气体量即为无过滤空气内漏量。

其中：Ⅰ、气体示踪剂的选定

气体示踪剂是实施主控室内漏量测量的重要物质，它的性能将直接影响示踪技术的应用质量。由此，本发明优选SF₆作为主控室内漏测试试验用示踪气体，因其具体有自然本底低的特性，在常温、常压下具有较高的稳定性和化学惰性，试验中的SF₆用量少且仪器分析灵敏度高。本发明也可以采用其它无毒、无害、易于进行低浓度测量且对设施运行无影响的其它示踪气体。

本发明建立了气相色谱—电子捕获检测器ECD，用于测定主控室内漏量所用示踪气体SF₆浓度，气相色谱采用Porapak-Q填充柱，因其能够将SF₆和空气中的主要干扰气体O₂进行良好分离，即SF₆色谱峰与O₂峰的分离度约为5，SF₆的保留时间为1.4min，该填充柱对SF₆具有较高的响应水平，检出限为5ppb。本发明也可以采用具有类似特性的其他气相色谱分离柱。另外，本发明通过影响SF₆组分气体色谱分离条件的主要操作变量，如载气流量、检测器温度和分离柱温度通过研究建立了示踪气体SF₆浓度测量的分析条件范围：即气相色谱进样口温度80～120℃、分离柱温度为80～120℃、检测器温度200～300℃、载气流速为50～80ml/min以及进样量20～40μl。

Ⅱ、初始示踪气体浓度建立

利用下式计算示踪气体初始注入量V：

V＝C_target×V_zone （１）

式中：V_zone—主控室自由容积，m³；

C_target—主控室内示踪气体目标浓度，m³/m³。

其中，主控室自由容积应由业主给出或通过额外试验获得。将计算得到的一定体积的示踪气体投放到主控室的送风系统中，进而实现示踪气体在主控室区域内均匀混合分布。试验中，需要将已知体积或质量的SF₆投放到待测的控制区域内。将经过计算并准确称量的示踪气体存放于易碎的容器之中，在试验开始前，将容器置于待测量区域的固定位置，试验开始后，将装有示踪剂的容器瞬时破坏，从而达到释放示踪剂的目的。当主控室内具有代表性位置的示踪气体浓度与主控室的平均示踪气体浓度的差值在10％以内时，认为主控室内示踪气体浓度分布均匀。

本发明在使用恒量注入法时，需要连续释放示踪气体至控制区域内。示踪气体连续释放装置必须能保证气体连续稳定地释放，流量偏差不得大于2％，而且释放量可调节。同时，整个装置必须有高度的气密性。该装置包括SF₆气体钢瓶1、减压阀2、稳压阀3、稳流阀4和流量计5，如图1所示。稳流阀调节控制释放量，SF₆的稳定释放量为10～100mL/min。

III、示踪气体浓度平衡判断

由已知ASTM-E741标准中测量方法可知，在测试期间，当满足如下公式时，主控室内的示踪气体浓度即可认为达到平衡：

式中:

T_test——测试时长，h；

C_final——在测试终了时主控室内示踪气体浓度，m³/m³；

C_initial——在测试开始时主控室内示踪气体浓度，m³/m³；

q_tracer——示踪气体流量，m³/h；

V_zone——主控室自由容积，m³。

IV、示踪气体取样与分析

试验过程中，应至少进行四次取样，时间间隔选择10-20分钟内的某个时间点为采样时间间隔。取样位置应分布在主控室天花板、地板及中间部分，且对每一个独立房间进行单独取样与分析。

V、结果计算

由于主控室与外界空气不断交换的缘故，示踪气体在主控室中的浓度将随时间推移而作负指数形式的减少。通过测量在给定时间内的主控室内示踪气体浓度的变化，计算初始浓度和终了浓度的对数差并除以时间间隔即可得出主控室内漏率A。

计算式如下：

C_t＝C₀e^-At (2)

则

式中:

t—测量时长，h

C₀—示踪气体在初始时刻t＝0时控制区域内示踪剂的浓度，m³/m³

C_t—示踪气体在经过时长t后的控制区域内示踪剂的浓度，m³/m³

A—主控室内漏比率，1/h

e—为自然对数。

当已知控制区域内容积V_zone时，流入控制区域内空气流量Q_(t)，可通过下式计算主控室内漏量：

Q_(t)＝A×V_zone (4)

式中：Q_(t)—流入控制区域内空气流量，m³。

如果主控室内的示踪气体浓度达到平衡后，即主控室内的示踪气体浓度为常数时，在Δt内，dC/dt＝0。则：

如果在给定的测量时段内，主控室内示踪剂气体的开始和终了浓度近似相等(即C_avg≈C_(t))，当初始时刻主控室内示踪气体浓度C₀＝0时，则主控室内漏量由下式计算：

式中：C_avg—在测试期间主控室内示踪平均气体浓度；

q(t)—在测试期间连续地注入主控室内的示踪气体流量，m³/h。

综上所述，本发明利用恒量注入法进行核电厂主控室内漏量测量时，研究出了快速达到平衡浓度的方法，即先用高浓度和大流量注入以初步达到预期浓度，然后用低浓度和小流量注入以维持平衡浓度在很小的波动范围，从而可以利用质量守恒定律进行主控室空气交换量的计算；本发明利用浓度衰减法进行核电厂主控室内漏量测量时，研究出了一种进行主控室空气容积测量的先进方法，即将已知质量的示踪气体(六氟化硫等)瞬时注入主控室内，采用强制对流将示踪气体与室内空气混合均匀后通过测量平均浓度即可计算求得主控室空气容积。

本发明的主控室内漏量测量方法并不限于上述具体实施方式，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。

Claims (5)

1.一种主控室内漏量测量方法，包括如下步骤：

1)通过注入装置向主控室注入预先估算的示踪气体量，使主控室内示踪气体浓度很快接近预期的平衡浓度；

2)使用低流速示踪气体释放装置向主控室内释放低浓度或小流量的示踪气体，保持注入的示踪气体维持浓度近乎不变；

3)通过测量仪器测量在给定时间内主控室示踪气体浓度的变化，计算示踪气体初始浓度与终了浓度的对数差并除以时间间隔即可得出主控室内漏率，再通过主控室内漏率与已知主控室自由容积的乘积获得主控室内漏量。

2.如权利要求1所述的一种主控室内漏量测量方法，其特征是：步骤3)中，所述测量仪器为气相色谱，利用气相色谱中的电子捕获检测器测定示踪气体的浓度。

3.如权利要求1所述的一种主控室内漏量测量方法，其特征是：步骤1)中，示踪气体初始注入量，根据已知主控室自由容积与主控室内示踪气体预期浓度的乘积进行计算。

4.如权利要求1所述的一种主控室内漏量测量方法，其特征是：步骤1)中，所述示踪气体浓度是否达到平衡，通过下式进行判定，式中:T_test为测试时长；C_final为在测试终了时主控室内示踪气体浓度；C_initial为在测试开始时主控室内示踪气体浓度；qtracer为示踪气体流量；V_zone为主控室自由容积。

5.如权利要求1所述的一种主控室内漏量测量方法，其特征是：步骤2)中，所述释放装置包括气体钢瓶(1)及与气体钢瓶(1)连接的管线，所述管线上依次设有减压阀(2)、稳压阀(3)、稳流阀(4)和流量计(5)。