CN114894399A - 核电厂人员闸门整体密封试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂人员闸门整体密封试验装置和方法，所述装置包括：供气系统，通过打压管线与人员闸门舱连接以便为其供气；用作保压容器稳压罐，放入人员闸门舱内；温度传感器，放置在人员闸门舱内，用于测量人员闸门舱内部温度；以及压差传感器，用于测量人员闸门舱内部压力与稳压罐间的压差。与现有技术相比，本发明将稳压罐放入人员闸门舱内，并将温度表同步移入舱内，完全消除对试验干扰极大的传热滞后、温度不均匀、温度测量位置不真实的影响，提高了密封试验准确性和试验精度，能够得到运行工况真实泄漏率，保障核电运行安全。

Description

核电厂人员闸门整体密封试验装置和方法

技术领域

本发明属于核电领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂人员闸门整体密封试验装置和方法。

背景技术

核电厂反应堆安全壳是反应堆的第三道安全屏障，也是作为核电厂的最后一道安全屏障，在电厂正常运行以及事故工况下都必须能够包容壳内的放射性物质，以避免其泄漏到自然环境中对周围环境及社会公众造成危害，为此必须要求安全壳有很高的完整性。

机组在正常运行期间安全壳内压力较低，正常运行工况人员闸门整体密封试验30kPa压力的整体泄漏试验数据反应人员闸门真实工况，因此测试数据的准确性尤为重要。

请参阅图1，一种现有核电厂人员闸门整体密封试验装置包括通过打压管线10与人员闸门舱11连接的稳压罐12、与稳压罐12连接为其供气的供气系统14、两个分别用于测量人员闸门舱11内部温度和环境温度的温度计和两个用于测量人员闸门舱11内部压力的压力表。其中，用来测量人员闸门舱11内部温度的温度计15固定在人员闸门外门的观察窗上，一个压力表16接入安全壳通道外侧仪表箱内与人员闸门舱11内连接的快速接头上，另一个压力表17设于稳压罐12。通过密封试验期间压力和温度的变化计算试验泄漏率。

但是，上述核电厂人员闸门整体密封试验装置存在以下缺陷，降低了密封试验的准确性和试验精度：

1)人员闸门舱11内容积大，稳压罐12容积小，且中间有细长的打压管线10，两者存在温差，在昼夜温差大的环境温度下，两者温度变化不同步；且根据理论计算，温度每上升0.1℃，压力上升45Pa左右，可见试验泄漏率测量结果对温度极为敏感，而上述方案难以消除温度变化的影响；

2)温度测量位置在人员闸门外门的观察窗上，无法准确代表人员闸门舱11内的真实温度；

3)打压管线10细长，且有不短的长度，容积计算存在不够准确风险，并引入了额外的泄漏通道；

4)压力测量法在现有试验条件下，无法在兼顾压力表的量程和测量精度，测量精度不高，适用范围小。

有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的核电厂人员闸门整体密封试验装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种核电厂人员闸门整体密封试验装置和方法，以提高人员闸门密封试验的准确性和试验精度，从而解决现有技术存在的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电厂人员闸门整体密封试验装置，其包括：

供气系统，通过打压管线与人员闸门舱连接以便为其供气；

用作保压容器稳压罐，放入人员闸门舱内；

温度传感器，放置在人员闸门舱内，用于测量人员闸门舱内部温度；以及

压差传感器，用于测量人员闸门舱内部压力与稳压罐间的压差。

作为本发明核电厂人员闸门整体密封试验装置的一种改进，所述温度传感器安装在人员闸门舱内的稳压罐上。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种核电厂人员闸门整体密封试验方法，其包括以下步骤：

1)在稳压罐上安装压差传感器，打开压差传感器的卸放阀门，再将稳压罐、压差传感器和温度传感器放入人员闸门舱内部，并安装相关控制线路；

2)将稳压罐加压至预设加压值；

3)向人员闸门舱内充气至试验压力；

4)待人员闸门舱内的压力稳压时间达到预设时间后，记录人员闸门舱内的初始温度和压力。

5)断开人员闸门舱的充气气源，开始密封试验，每隔固定时间记录压差传感器的压差值和温度传感器的温度值；

6)计算试验泄漏率，将试验泄漏率与允许泄漏率比对，评定人员闸门舱的密封性是否合格。

作为本发明核电厂人员闸门整体密封试验方法的一种改进，所述温度传感器安装在人员闸门舱内的稳压罐上，相关控制线路安装在人员闸门内。

作为本发明核电厂人员闸门整体密封试验方法的一种改进，在进行步骤1)之前，需要先检验整个试验管线无泄漏。

作为本发明核电厂人员闸门整体密封试验方法的一种改进，所述稳压罐的预设加压值大于人员闸门舱的试验压力。

作为本发明核电厂人员闸门整体密封试验方法的一种改进，步骤3)的具体操作为：通过穿过人员闸门的打压管线向人员闸门舱内充气，使人员闸门舱内的压力逐渐增加到试验压力的1/2，然后按照试验压力的1/10逐级加压至试验压力。

作为本发明核电厂人员闸门整体密封试验方法的一种改进，所述预设加压值为32kPa；人员闸门舱的试验压力为30kPa，人员闸门舱的稳压时间为12h。

作为本发明核电厂人员闸门整体密封试验方法的一种改进，步骤5)中，密封试验时间为24h～48h，每隔1h记录一次压差值和温度值。

作为本发明核电厂人员闸门整体密封试验方法的一种改进，步骤6)中计算试验泄漏率时，是将相关参数代入公式(1)计算试验泄漏率q：

公式(1)中，P₀为大气压(绝对压力)，0.1MPa(a)；

P_a为试验初始压力(相对压力)，MPa(g)；

V为试验回路保压总容积，含测量管线，cm³；

T_a为试验初始温度，℃；

P为试验结束压力，MPa(g)，由稳压罐的预设加压值与压差传感器的压差值计算得到；

T为试验结束温度，℃；

q为标准状态下试验泄漏率，Ncm³/s；

t为试验时间，s。

与现有技术相比，本发明将稳压罐放入人员闸门舱内，并将温度表同步移入舱内，完全消除对试验干扰极大的传热滞后、温度不均匀、温度测量位置不真实的影响；因稳压罐放入舱内，可取消打压管线，进一步消除系统回路管线及额外的泄漏点对试验可能带来的影响；并且，因稳压罐放入舱内，取消了稳压罐至人员闸门之间的打压管线，进一步消除系统回路管线及额外的泄漏点对试验可能带来的影响；采用压差测试方法，在减小量程的同时提高了仪表精度，减少了系统回路管道和仪表对试验的影响。因此，本发明能够消除温度偏差影响，提高密封试验准确性和试验精度，得到运行工况真实泄漏率，保障核电运行安全。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂人员闸门整体密封试验装置和方法进行详细说明。

图1为一种现有核电厂人员闸门整体密封试验装置的示意图。

图2本发明核电厂人员闸门整体密封试验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

为了便于理解，以下首先对核电厂人员闸门整体密封试验的试验泄漏率测量原理进行说明。

本发明中试验泄漏率的测量原理为流量法，根据理想气体状态方程：

可以得到试验泄漏率计算公式：

公式(1)中，P₀为大气压(绝对压力)，0.1MPa(a)；

P_a为试验初始压力(相对压力)，MPa(g)；

V为试验回路保压总容积，含测量管线，cm³；

T_a为试验初始温度，℃；

P为试验结束压力，MPa(g)；

T为试验结束温度，℃；

q为试验泄漏率，Ncm³/s(标准状态下试验泄漏率，即温度为0℃，压力为大气压)；

t为试验时间，s。

若试验期间温度不变，即T＝Ta，则试验期间压力变化ΔP：

可见，核电厂人员闸门整体密封试验结果的影响因素有以下几个：

1)试验回路保压总容积大小：试验回路保压总容积由稳压罐容积、稳压罐至人员闸门的打压管线、人员闸门容积三部分组成，其计算的准确性会影响公式的准确性。

在试验泄漏率q恒定的情况下，试验回路保压总容积越大，其气密性试验压降就越小，其允许的试验压降也越小。

试验总容积较大时，气密性试验的压力降低较小，同样的测量仪器下，试验灵敏度较低；

试验总容积较小时，气密性试验的压力降低较大，同样的测量仪器下，试验灵敏度较高。

人员闸门容积约60m³，气密性试验压降极小，小于100Pa。

2)试验时间t：

气密性试验压降与试验持续时间成正比。在试验容积较大时，灵敏度较低，为了保证试验结果的可靠性，试验持续的时间应足够长，因此人员闸门整体密封试验要求不小于24h，也可根据稳压情况延长为48h。

3)温度变化(T-Ta)：

假定试验前后温度不变的前提下，试验泄漏率公式方可简化为以上公式(2)。温度波动越剧烈，越影响简化公式的正确性。

4)测量仪表精度：

测量仪表精度需与压降、温度变化匹配。

结合以上分析，本发明提供了一种核电厂人员闸门整体密封试验装置。请参阅图2，本发明核电厂人员闸门整体密封试验装置包括：

供气系统30，通过打压管线32与人员闸门舱80连接以便为其供气；

用作保压容器的稳压罐40，放入人员闸门舱80内；

温度传感器42，放置在人员闸门舱80内，用于测量人员闸门舱80内部温度；以及

压差传感器44，用于测量人员闸门舱80内部压力与稳压罐40间的压差。

优选地，温度传感器42安装在人员闸门舱80内的稳压罐40上。

本发明核电厂人员闸门整体密封试验方法包括以下步骤：

1)在稳压罐40上安装压差传感器44，打开压差传感器44的卸放阀门，再将稳压罐40、压差传感器44和温度传感器42放入人员闸门舱80内部，并安装相关控制线路。

优选地，温度传感器42也安装在人员闸门舱80内的稳压罐40上，相关控制线路安装在人员闸门内。

在进行步骤1)之前，需要先检验试验管线无泄漏。具体的，试验管线无泄漏是经肥皂泡沫检测无泄漏。

2)将稳压罐40加压至预设加压值。优选地，稳压罐40的预设加压值大于人员闸门舱试验压力，推荐值为32kPa。

3)向人员闸门舱内充气至试验压力。

具体的，通过穿过人员闸门的打压管线32向人员闸门舱80内充气，使人员闸门舱80内的压力逐渐增加到试验压力的1/2，然后按照试验压力的1/10逐级加压至试验压力，试验压力优选为30kPa。

待密封实验结束后，人员闸门舱80的降压过程与本步骤的加压过程相反，本发明不再赘述。

4)待人员闸门舱80内的压力稳压时间达到预设时间后，记录人员闸门舱80内的初始温度和初始压力。稳压时间建议值为12h。

5)断开人员闸门舱80充气气源，开始密封试验，每隔固定时间记录压差传感器44的压差值和温度传感器42的温度值。

优选的，试验时间为24h或48h，每隔1h记录一次压差值和温度值。

6)计算试验泄漏率，将试验泄漏率与允许泄漏率比对，评定人员闸门舱80的密封性是否合格。

具体的，计算试验泄漏率时，是将相关参数代入公式(1)计算试验泄漏率q：

公式(1)中，P₀为大气压(绝对压力)，0.1MPa(a)；

P_a为试验初始压力(相对压力)，MPa(g)；

V为试验回路保压总容积，含测量管线，cm³；

T_a为试验初始温度，℃；

P为试验结束压力，MPa(g)，由稳压罐的预设加压值与压差传感器的压差值计算得到；

T为试验结束温度，℃；

q为试验泄漏率，Ncm³/s(标准状态下试验泄漏率，即温度为0℃，压力为大气压)；

t为试验时间，s。

与现有技术相比，本发明核电厂人员闸门整体密封试验装置和方法至少具有以下有益效果：

1)将稳压罐40放入人员闸门舱80内部，消除温度剧烈变化影响：人员闸门舱容积约60m³，在24h/48h的整体密封试验中，现场环境温度和大气压力变化是客观存在的，人员闸门舱内的空气温度会受环境温度变化的影响，而且人员闸门舱内空气温度变化滞后于环境温度变化。当试验开始和试验结束时，人员闸门舱内温度不相等、大气压力有变化时，必须对试验记录的压力值进行修正，按照理想气体状态方程修正，增加了公式的复杂性。根据理论计算情况，温度每上升0.1℃，压力上升45Pa左右。稳压罐进行温度模拟试验，模拟试验时，温度每上升0.1℃，压力平均上升38～39Pa。本发明将稳压罐40放入人员闸门舱80内部，使人员闸门舱80内空气温度与稳压罐40温度实时保持一致，且人员闸门舱80对稳压罐40有保温作用，避免温度剧烈波动，消除了传热滞后性和温度不均匀性。

2)稳压罐40放入人员闸门舱80内部，取消了稳压罐40至人员闸门之间的打压管线，消除了打压管线对试验回路保压总容积V的影响：在图1所示现有技术中，试验回路保压总容积由供气装置的稳压罐容积、稳压罐至人员闸门的打压管线、人员闸门舱容积三部分组成，其中稳压罐至人员闸门之间的打压管线为约10m长软管，从公式(1)可知，试验回路保压总容积计算的准确性会影响试验泄漏率结果的准确性。相比之下，本发明将稳压罐40放入人员闸门舱80内部，取消了稳压罐40至人员闸门之间的大段打压管线，确保了试验回路保压总容积V的计算更为准确，并且消除了额外的泄漏风险点。

3)温度传感器42放置在人员闸门舱80内的稳压罐40上，测量的温度(T和Ta)更真实：在图1所示现有技术中，人员闸门舱内无温度测点，试验时不具备直接测量人员闸门舱内空气温度的条件；温度计固定在人员闸门外门的观察窗上，但管线细长，密封空间容积大等因素影响，用此温度来代替人员闸门舱内空气温度的真实值，必然给计算结果带来偏差；同时，由于人员闸门舱容积较大，压力与温度变化也非实时、线型变化关系(压力变化有一定滞后性)，允许压降值较小，在昼夜温差影响下，计算结果无法准确反应真实值。相比之下，本发明通过将温度传感器42放置在人员闸门舱80内的稳压罐40上，可真实测量人员闸门舱80内空气温度，消除了温度测量位置偏差带来的影响。

4)针对压力表的量程和仪表精度无法同时兼顾的客观条件，巧妙的采用压差传感器来测量闸门内部压力与稳压罐间的压差，由传统的压力测量改为压差测量，能够缩小压力表所需量程，可大幅度提升提升压力表的分辨率(量程太大，则分辨率小，量程小，则分辨率高)，从而提升试验测量精度，提升大容积设备整体密封试验的灵敏度：举例来说，人员闸门整体密封性试验压力30kPa，允许压降不超过70Pa，即允许的压降仅为试验压力(30kPa)的0.23％。在图1所示现有技术中，采用0～100kPa(0.05级)压力表，绝对误差为50Pa，如此小的压力变化值已超出试验用压力表的分辨极限。相比之下，本发明将稳压罐压力设置为32kPa，因稳压罐放入人员闸门舱内，试验仅测试稳压罐与人员闸门舱内的压差来反应人员闸门的压降值，压差最大为2kPa，因此压差传感器量程可缩小，精度则随之提高，如采用量程为0.2～6kPa(0.075级)的压差传感器，绝对误差仅为4.5Pa，显然能够极大提高试验数据的准确性。

综上所述，本发明核电厂人员闸门整体密封试验装置和方法能够消除温度偏差影响，提高密封试验准确性和试验精度，得到运行工况真实泄漏率，保障核电运行安全。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种核电厂人员闸门整体密封试验装置，其特征在于，包括：

供气系统，通过打压管线与人员闸门舱连接以便为其供气；

用作保压容器稳压罐，放入人员闸门舱内；

温度传感器，放置在人员闸门舱内，用于测量人员闸门舱内部温度；以及

压差传感器，用于测量人员闸门舱内部压力与稳压罐间的压差。

2.根据权利要求1所述的核电厂人员闸门整体密封试验装置，其特征在于，所述温度传感器安装在人员闸门舱内的稳压罐上。

3.一种核电厂人员闸门整体密封试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在稳压罐上安装压差传感器，打开压差传感器的卸放阀门，再将稳压罐、压差传感器和温度传感器放入人员闸门舱内部，并安装相关控制线路；

2)将稳压罐加压至预设加压值；

3)向人员闸门舱内充气至试验压力；

4)待人员闸门舱内的压力稳压时间达到预设时间后，记录人员闸门舱内的初始温度和压力。

5)断开人员闸门舱的充气气源，开始密封试验，每隔固定时间记录压差传感器的压差值和温度传感器的温度值；

6)计算试验泄漏率，将试验泄漏率与允许泄漏率比对，评定人员闸门舱的密封性是否合格。

4.根据权利要求3所述的核电厂人员闸门整体密封试验方法，其特征在于，所述温度传感器安装在人员闸门舱内的稳压罐上，相关控制线路安装在人员闸门内。

5.根据权利要求4所述的核电厂人员闸门整体密封试验方法，其特征在于，在进行步骤1)之前，需要先检验整个试验管线无泄漏。

6.根据权利要求3所述的核电厂人员闸门整体密封试验方法，其特征在于，所述稳压罐的预设加压值大于人员闸门舱的试验压力。

7.根据权利要求3所述的核电厂人员闸门整体密封试验方法，其特征在于，步骤3)的具体操作为：通过穿过人员闸门的打压管线向人员闸门舱内充气，使人员闸门舱内的压力逐渐增加到试验压力的1/2，然后按照试验压力的1/10逐级加压至试验压力。

8.根据权利要求3所述的核电厂人员闸门整体密封试验方法，其特征在于，所述预设加压值为32kPa；人员闸门舱的试验压力为30kPa，人员闸门舱的稳压时间为12h。

9.根据权利要求3所述的核电厂人员闸门整体密封试验方法，其特征在于，步骤5)中，密封试验时间为24h～48h，每隔1h记录一次压差值和温度值。

10.根据权利要求3所述的核电厂人员闸门整体密封试验方法，其特征在于，步骤6)中计算试验泄漏率时，是将相关参数代入公式(1)计算试验泄漏率q：

公式(1)中，P₀为大气压(绝对压力)，0.1MPa(a)；

P_a为试验初始压力(相对压力)，MPa(g)；

V为试验回路保压总容积，含测量管线，cm³；

T_a为试验初始温度，℃；

P为试验结束压力，MPa(g)，由稳压罐的预设加压值与压差传感器的压差值计算得到；

T为试验结束温度，℃；

q为标准状态下试验泄漏率，Ncm³/s；

t为试验时间，s。

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