核电厂主控室可居留区域边界密封性检查方法研究

刘祥祥，周涛，孙文彬

（国核电站运行服务技术有限公司，上海 201100）

1 背景

核电厂主控可居留区域是对核电厂进行监督、控制和操纵的重要场所。主控制室的任务是：在所有运行工况下能使核电厂安全地运行，在发生事故工况和设计基准事件后能采取措施将核电厂保持在安全状态或使其返回安全状态。因此，保障主控室可居留性至关重要。主控可居留系统主要功能是提供一个安全、舒适工作环境，使主控室内的工作人员避免受到自然灾害、有毒有害气体和放射性气体伤害。

目前，国内外核电厂主控室可居性系统评估主要通过测量主控室内压力值以及可居区域的非过滤泄漏量。要想比较准确测量以上2 个参数的前提是主控室的边界要具备完整性，核电主控可居留区域压力边界完整性作为主控室可居留性系统的一个重要的物理屏障。本文首先对主控可居留区域范围、主控可居留区域压力边界、非过滤气体渗入主控室可居留区域的途径进行讨论；其次，分别分析了主控可居留区域贯穿件气密性检查方法、主控可居留区域通风系统气密性检查方法。

2 主控室可居区域范围及功能

2.1 主控室可居留区域范围

主控室可居留区域范围包含发生极端工况时在机组控制过程中的常住、临时性居留房间以及维持主控室可居留区域的通风系统、供水系统、供电系统、网络系统。主控可居留区域的边界要将主控室可居留区域围成一个密闭空间，与外界从实体上隔离开，防止外界放射性污染空气、化学毒气以及烟雾渗透入主控室可居留区域内。由于机组不同主控室在房间功能划分及房间布置有很大的不同，总体大致包括以下房间：主控制室、技术支持中心、会议室、学习室、早会室、隔离办公室、功能房间、值长办公室、餐厅、卫生间。以上只是正常工况下所指的主控区域，而发生事故工况下主控可居留区域要比上述范围要大。主控可居留区域除上述房间，还应该包含空调系统、应急通风系统、主控区域房间内排烟系统、消防、通讯、照明系统、生活保障设施等系统。这些系统可能与主控室楼层不同，甚至跨越几个楼层。这些系统的实体边界都属于主控室可居留性的边界，尤其是空调系统、应急通风系统、排烟排气系统、主控可居留系统实体边界墙完整性对于主控室可居留系统可靠运行起到了至关重要的作用。

2.2 主控室可居留区域边界完整性功能意义

主控室可居留系统要保证在正常和事故工况下，维持控制室工作人员的工作环境安全，以保证机组安全运行和安全状态，主控室可居留性系统的实现具体体现在以下几个方面。

（1）在正常运行状态下，主控室操作人员所受的照射剂量保持在年有效剂量5mSV。

（2）在事故工况下，提供足够的防护，使进入和停留在主控室的人员，在事故期间全身接受的射线照射剂量满足《核动力厂运营单位的应急准备和应急响应》规定，核动力厂营运单位应对应急设施的可居留性进行评价。考虑涉及放射性物质释放的事故情景时，应根据工作人员可能受照射剂量大小确定是否满足可居留准则。主控室等重要应急设施应满足的可居留性准则如下：在设定的持续应急响应期间（30d），工作人员接受的有效剂量不大于50mSV，甲状腺当剂量不大于500mSV。

（3）保证主控室区域处于正常的温度下，具备调温、调湿、正常照明功能，即使发生厂外电力丧失等事故，该项功能也应不受有效。

（4）保证主控室区域在台风、地震、洪水、龙卷风等恶劣自然灾害情况下，主控室区域不受此类灾害的影响。

（5）主控室区域的空调系统及应急通风系统应当在正常运行情况下、应急工况下始终保证主控室可居留区域相对于周围房间维持正压30pa。

（6）防止有毒有害气体侵入，当核电厂周边或者厂区发生有毒有害气体的泄漏，电厂出现相应的报警方式，主控可居留区域的空调机组进入内循环模式，保持外界气体不进入主控室可居留区域。

2.3 非过滤气体渗入主控可居留区域的途径

首先，非过滤气体渗入主控可居留区域途径与主控可居留区域及其外部区域之间的压差、主控室可居留区域的通风系统安装分布紧密相关，当主控可居留区域相对周围房间维持正压过小或者无正压，此种情况下，主控可居留区域边界墙体的贯穿件、门等部位就是渗入途经之一。其次，另一个渗入途径为主控可居留区域的应急通风系统，主控可居留区域应急通风系统分过滤单元、空调机组以及连接风管。大部分的应急通风系统风向为过滤单元、空调机组、主控可居留区域，从此风的流向可以判断出，未经过滤的进入的途径只有过滤单元的末端、空调机组以及空调机组与主控可居留区域的通风管道。

3 主控可居留区域边界密封性检查方法

主控可居留区域贯穿件分为机械性贯穿件、电缆贯穿件，其中机械贯穿件分为通风系统贯穿件、生活供疏水系统贯穿件、消防水系统贯穿件。虽然不同机组主控室可居留区域贯穿件数量、贯穿件形状，但这些贯穿件的密封方式基本上大致相同。

目前，检查贯穿件、门气密性采用目视检测方法，目视检查方法受到人为因素影响比大。通过在工程实践发现采取超声法、烟雾示踪法，压差测量法作为主控可居留区域密封性整体评价方法，可以客观评价主控可居留区域密封性。

烟雾示踪法是指在贯穿件或者门边框一侧释放烟雾，在贯穿件或者门边框另外一侧观察是否有烟雾出现，从而判断贯穿件或者门框的气密封性。该方法可用于各种贯穿件及门密封性检查，可以直接观察到被检件密封情况，能做到定位泄漏点位置，该方法只是适合局部贯穿件检测，解决了主控可居留区域贯穿件漏点查找困难的难题。

对于门和贯穿孔洞使用超声检测时，采用在门或者贯穿件孔洞一侧放置一个声发射装置，在门或者贯穿件孔洞另外一侧放置探测装置，当打开声发射装置时，声发射装置可以去连续不断的超声波。如果被检件的压力边界存在泄漏点，超声波就会从泄漏点通过，此类超声波信号会被放置在被检件的另一侧超声探测装置接受到，超声探测装置可以把超声波泄漏信号转换成可视化数值。检测人员可以根据数值来判断贯穿件孔洞及门密封性情况。对风管漏点检测，管道出现压力气体泄漏，产生气体紊流现象，气体紊流会产生高频噪音，即超声波信号，仪器通过内置，或外接传感器采集（撷取）此超声波信号，从而检测定位出漏点。超声检测方法具备以下优点：可以检测到高频率的超声波；可以及将超声波信号大小量化、数值化；可以对泄漏点进行准确定位。

对于整体主控室可居留区域内整体密封性检查采用压差测量法，压差测量法的前提条件是主控可居留区域的贯穿件、边界门都全部进行封堵完成，主控可居留区域内部房间门全部打开，保持空气流通。启用应急通风系统，待应急通风系统运行平稳，测量可居留区域内部房间与其周围房间的压力差。周围房间包含主控可居留区域的上下前后左右的房间，测量出每个房间压力值与主控可居留区域内部房间压力进行对比，检测主控室可居留区域压力是否为微正压。该方法优点是对主控室可居留区域微正压有一个客观评价标准，但是，同时有不足。当压力差值不够30pa 或者形不成微正压时，无法确定贯穿件的泄漏点。

4 主控室可居留性通风系统密封检查

目前，国内的主控室可居留区域的通风系统都是由正常通风系统与应急通风系统两部分组成，其中应急通风系统的空调与正常通风系统的空调是共用的。应急通风系统主要由新风口、气体过滤单元、空调机组等几部分组成，由于机组堆型不一样主控室可居留区域应急通风系统在空间布置上也存在较大差异，目前，三代机组大致采用以下布置顺序：新风口、气体过滤单元、空调机组，最后进入主控室可居留区域房间内，具体排列见图1。

图1

为了防止有毒有害气体以及放射性气体通过应急通风系统中过滤单元、空调机组及通风管道潜在漏点进入主控室可居留区域，所以要对应急通风系统提出密封性要求。应急通风系统潜在漏点主要分为以下三类：壳体设备开口处、应急通风系统内部阀门内漏和外漏、通风管道法兰面泄漏。

对于壳体设备、阀门、通风管道这三种设备密封性检测，目前主要有两种方法分别为恒压试验、压力降压试验。两个试验方法的前提条件是在开始试验之前所有设备开口处均匀完成永久性封堵，使用压力降压法进行试验时，应确定试验边界的体积。由于恒压试验方法、压力降压试验时只能测量漏率大小并不能检查到漏点，要采有泡沫检漏法来确定泄漏点位置。

恒压试验方法应分为正压试验和负压试验，根据被检件的工作状态确定，在恒压试验前被测系统的所有开口均应封闭，不应漏风。正压试验时，在气源与被检件之间连接一台局部检漏仪，用局部检漏仪自带压力传感器、数字式流量计测量被检件泄漏量与压力值。启动加压气源调节阀，调至试验压力，使压力维持恒定，此时，流量计的读数为被检件泄漏量。负压试验时，需要在被检件的出口连接一台抽负压设备，该包含排风、测量流量、压差等功能。

压力降压法：同样在试验前，被测系统的所有开口均应封闭，不应漏风。将被检件与充压设备相连接，在※※被检件上安装压力表，开启设备对被检件进行抽负压或者充压直至被检件内部压力达到运行压力的1.25 倍（不能超过被检设备的设计压力），调节阀门使压力维持稳定，关闭设备，记录保压开始时间、保压开始压力值。直至压力降至最大运行压力的75%，记录保压结束压力值、保压结束时间，按照以下公式计算泄漏率值。（由于室温试验温度可以忽略不计）。

式中，L 为泄漏率，m3/h；V 为试验空间体积，m3；P1、P2为试验空间的初始压力和结束压力；T 为试验保压持续时间，h。

5 结语

本文主要从主控室可居留区域、主控室可居留区域的功能、事故工况下非过滤气体进入造成主控室区域可居留区域途径进行分析，并根据不同进入途径制定相应的检测方法，为主控室可居留区域的完整性检查提供新的思路。这些检查方法只为了查找通风系统以及主控室的贯穿件存在的泄漏点，最终目的对潜在泄漏点进行有效的封堵，提高主控室区域可居留性边界完整性。