CN114927246A - 一种核电站安全壳主动排气系统和泄漏率计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核电站安全壳主动排气系统和泄漏率计算方法。所述的安全壳主动排气系统包括贯穿气闸门或安全壳与气闸间的墙布置的排气管路、过滤放射性颗粒物的进气过滤装置、压力控制开关、气体流量传感器和紧急关断阀。基于理想气体状态方程及安全壳气体质量平衡方程，根据记录的主动排气数据和安全壳内监视参数计算安全壳泄漏率。当安全壳内气体压力高于大气压时，通过主动排放安全壳内经过滤后的气体，使安全壳内压力维持在设定值附近，安全壳在此压差下的泄漏率即为气体注入量减去主动排气量。该系统可在排气流量超限时自动关闭排气系统，防止放射性污染物泄露，并且提供规定压差下准确的安全壳泄漏率，为安全壳密封性测试提供支撑。

Description

一种核电站安全壳主动排气系统和泄漏率计算方法
技术领域
本发明涉及核电厂安全技术领域，具体涉及一种核电站安全壳主动排气系统和泄漏率计算方法。
背景技术
安全壳是核反应堆的第三道安全屏障，外形为带圆穹顶的圆柱形筒体，自由容积达5万立方米，属于大型容器设备，其结构上贯穿件数量众多，加之混凝土气孔和裂缝的客观存在，当安全壳内气压高于大气压时，安全壳内气体会通过这些缝隙向外泄漏，对环境造成影响。
在核电机组正常运行期间，安全壳内气压升高的主要原因是控制安全壳内气动调节阀所用的核岛仪表压缩空气系统(SAR)的压缩空气因调节阀的动作而注入。目前的安全壳内大气监测系统(ETY)，会在安全壳内压力升高到限值时，ETY系统将进行排气，导致安全壳内气压骤降。这种泄压方式的问题在于：1)动作周期较长，每次泄压动作至少间隔数天；2)排气期间安全壳内气压变化较快，增加了机组运行的不稳定性。作为安全壳密封性、机组运行安全性的重要指标之一，有必要对安全壳的泄漏率进行实时监测，并对安全壳内气压进行控制，以了解安全壳密封性的变化，确保泄漏率在限值内。
发明内容
针对以上问题，本发明要解决的技术问题在于现有技术中缺少安全壳实时主动排气装置以及采用实时主动排气装置后安全壳泄漏率的计算方法，造成安全壳内压力高、压力不稳定等隐患。
为此，本发明提供了一种核电站安全壳主动排气系统和泄漏率计算方法。本发明解决其技术问题所采用的的技术方案是：
一种核电站安全壳主动排气系统，包括进气过滤装置、排气管路、压力控制开关、气体流量传感器和紧急关断装置，所述的核电站安全壳主动排气系统设置在安全壳和气闸间内部，当安全壳内压力高于设定值时，所述的核电站安全壳主动排气系统进行实时主动排气，维持安全壳内压力在设定值；
所述的进气过滤装置位于安全壳内排气管路上，用于过滤安全壳内排出气体中放射性颗粒物；
所述的排气管路贯穿内气闸门或气闸间的混凝土墙布置于安全壳内和气闸间；
所述的压力控制开关、气体流量传感器和紧急关断装置位于气闸间内排气管路上。
一种核电站安全壳主动排气系统的工作方法，步骤如下：
A1：压力控制开关监测安全壳内气体压力；
A2：判断A1监测的安全壳内气体压力是否高于压力控制开关设定压力；若否，执行A3；若是，执行A4；
A3：压力控制开关关闭，排气通路切断；
A4：压力控制开关开启，安全壳内气体通过进气过滤装置进入排气管路；
A5：气体流量传感器记录主动排气量；
A6：判断排气流量是否在额定范围内，若否，执行A7；若是，执行A8；
A7：常开状态的紧急关断装置动作，切断排气通路；
A8：实施主动排气直至本次测试结束。
所述的电动紧急切断阀为常开电磁阀，气体流量传感器向电动紧急切断阀发出关断信号，阀门迅速关闭以避免紧急情况下放射性气体外溢。
一种安全壳泄漏率计算方法，如附图3所示，Vl为Δt时间内安全壳内空气泄漏到壳外的空气标准体积、Vsar为Δt时间内SAR所用的压缩空气因调节阀的动作而注入的空气的标准体积；Vout为Δt时间内气体流量传感器记录的核电站安全壳主动排气系统排放的空气标准体积。Δt时间内注入安全壳内的气体质量等于安全壳泄露气体质量和安全壳主动排气系统的排气量之和(因为安全壳内气体温度和压力均可通过ETY获取，因此标准体积可以表示质量)，因此Vsar、Vout和Vl的关系可表示为：
Vsar＝Vout+Vl
安全壳在Δt时间内的泄漏率Ql可表示为:
Figure BDA0003653845100000031
根据Ql计算安全壳内、外气体压差为60mbar下的压差泄漏率Ql60：
Figure BDA0003653845100000032
式中：Pcon为Δt时间内安全壳内平均气体压力；Patm为Δt时间内安全壳外平均大气压力。
本发明具有以下有益效果：
本发明可以使安全壳内气体压力较高时，实现主动排放安全壳内气体，长期维持核电站安全壳内气体压力在设定压力值附近，确保安全壳内气体压力在ETY排气和报警限值以下，保持核电站安全壳内气体压力稳定。根据所述的泄漏率计算方法计算出安全壳泄漏率，为准确判断安全壳密封性提供支撑，提高了核电机组运行的安全性。
附图说明
图1是本发明专利一种核电站安全壳主动排气系统实施主动排气的流程图；
图2是本发明专利实施例的一种核电站安全壳主动排气系统装置连接结构示意图；
图3是本发明专利中安全壳内气体质量平衡关系图。
其中，10为安全壳；11为内气闸门；20为气闸间；21为外气闸门；30为核电站安全壳主动排气系统；31为进气过滤装置；32为排气管路；33为压力控制开关；34为气体流量传感器；35为紧急关断装置。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参见附图，如其中的图例所示，一种核电站安全壳主动排气系统包括排气管路、进气过滤装置31、排气管路32、压力控制开关32、气体流量传感器34和紧急关断装置35。
核电站反应堆厂房设置有安全壳以及相邻的气闸间，安全壳内与气闸间通过内气闸门连接，气闸间与外界通过外气闸门连接。当反应堆正常运行时，内气闸门和外气闸门封闭。由于控制安全壳内气动调节阀所用的SAR的压缩空气因调节阀的动作而注入，安全壳内气体压力会逐渐升高。
一种核电站安全壳主动排气系统，设置在安全壳10和气闸间20内部的一种核电站安全壳主动排气系统30内各装置，包括进气过滤装置31、压力控制开关33、气体流量传感器34、紧急关断装置35；由贯穿内气闸门布置的排气管路32相连接。压力控制开关33可以A1监测安全壳内气体压力。当安全壳内压力低于压力控制开关33设定压力时，A3压力控制开关关闭，排气通路切断；当安全壳10内压力高于压力控制开关33设定值时，A4压力控制开关开关打开，安全壳10内气体经气体过滤装置31将携带的放射性颗粒物过滤后进入排气管路32，A5气体流量传感器34测量并记录排气量Vout。
当机组出现事故情况，为了防止放射性气体通过一种核电站安全壳主动排气系统30外溢，在排气管路32路上设有紧急关断装置35，所述的紧急关断装置35为常开电磁阀，A7当排气流量超过限定值时，气体流量传感器34向紧急关断装置35发出关断信号，阀门迅速关闭以避免紧急情况下放射性气体外溢。A8当主动排气流量在额定范围内，实施主动排气直至本次测试结束。
一种安全壳泄漏率的计算方法，包括：
如附图3所示，根据安全壳内气体质量平衡关系，Vl为Δt时间内安全壳内空气泄漏到壳外的空气标准体积、Vsar为Δt时间内SAR所用的压缩空气因调节阀的动作而注入的空气的标准体积；Vout为Δt时间内气体流量传感器记录的核电站安全壳主动排气系统排放的空气标准体积。根据质量守恒可以得到安全壳质量平衡微分方程，因为安全壳内气体温度和压力均可通过ETY获取，因此标准体积可以表示质量：
Vsar＝Vout+Vl
安全壳在Δt时间内的泄漏率Ql可表示为:
Figure BDA0003653845100000051
式中：Qsar为Δt时间内SAR所用的压缩空气因调节阀的动作而注入空气的空气注入率；Qout为Δt时间内安全壳主动排气系统的排气率。
根据Ql计算安全壳内、外气体压差为60mbar的压差泄漏率Ql60：
Figure BDA0003653845100000052
式中：Pcon为Δt时间内安全壳内平均气体压力；Patm为Δt时间内安全壳外平均大气压力。
以上所述仅为本发明专利的实施方式，并非因此限制本发明专利的专利范围，凡是利用本发明专利说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明专利的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种核电站安全壳泄漏率计算方法，其特征在于，所述的安全壳主动排气系统的排气率为气体流量传感器获取的Δt时间内的平均排气率；所述的SAR系统的空气注入率为Δt时间内SAR所用的压缩空气因调节阀的动作而注入的标况体积量；
Vl为Δt时间内安全壳内空气泄漏到壳外的空气标准体积、Vsar为Δt时间内SAR所用的压缩空气因调节阀的动作而注入的空气的标准体积；Vout为Δt时间内气体流量计记录的核电站安全壳主动排气系统排放的空气标准体积；Δt时间内注入安全壳内的气体质量等于安全壳泄漏气体质量和安全壳主动排气系统的排气量之和，因此Vsar、Vout和Vl的关系可表示为：
Vsar＝Vout+Vl
安全壳在Δt时间内的泄漏率Ql可表示为:
Figure FDA0003653845090000011
根据Ql计算安全壳内、外气体压差为60mbar下的压差泄漏率Ql60：
Figure FDA0003653845090000012
式中：Pcon为Δt时间内安全壳内平均气体压力；Patm为Δt时间内安全壳外平均大气压力。
2.如权利要求1所述的一种核电站安全壳泄漏率计算方法，其特征在于，所述的安全壳泄漏率采用SAR系统的空气注入率减去安全壳主动排气系统的排气率得到。
3.一种核电站安全壳主动排气系统，其特征在于，包括进气过滤装置(31)、排气管路(32)、压力控制开关(32)、气体流量传感器(34)和紧急关断装置(35)，所述的核电站安全壳主动排气系统(30)设置在安全壳(10)和气闸间(20)内部，当安全壳内压力高于设定值时，所述的核电站安全壳主动排气系统进行实时主动排气，维持安全壳内压力在设定值；
所述的进气过滤装置(31)位于安全壳(10)内排气管路(32)上，用于过滤安全壳内排出气体中放射性颗粒物；
所述的排气管路(32)贯穿(11)内气闸门或气闸间的混凝土墙布置于安全壳(10)内和气闸间(20)；
所述的压力控制开关(32)、气体流量传感器(34)和紧急关断装置(35)位于气闸间(20)内排气管路(32)上。
4.如权利要求3所述的核电站安全壳主动排气系统的工作方法，其特征在于，步骤如下：
A1：压力控制开关(33)监测安全壳内气体压力；
A2：判断A1监测的安全壳内气体压力是否高于压力控制开关(32)设定压力；若否，执行A3；若是，执行A4；
A3：压力控制开关(32)关闭，排气通路切断；
A4：压力控制开关(32)开启，安全壳内气体通过进气过滤装置(31)进入排气管路(32)；
A5：气体流量传感器(34)记录主动排气量；
A6：判断排气流量是否在额定范围内，若否，执行A7；若是，执行A8；
A7：常开状态的紧急关断装置(35)动作，切断排气通路；
A8：实施主动排气直至本次测试结束。
5.如权利要求4所述的核电站安全壳主动排气系统的工作方法，其特征在于，所述的电动紧急切断阀(35)为常开电磁阀，气体流量传感器(34)向电动紧急切断阀(35)发出关断信号，阀门迅速关闭以避免紧急情况下放射性气体外溢。
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