尤坤坤，黃海濤，劉碩，肖博懿，王小龍

（國核電站運行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233）

安全殼整體密封性試驗（A 類試驗）是評價核電機組安全殼整體密封性狀況的試驗，在核電機組調(diào)試期間及首次大修期間執(zhí)行，首次大修之后執(zhí)行周期為不超過十年[1]。

安全殼整體密封性試驗一般采用將外界高壓氣體充入安全殼內(nèi)，使殼內(nèi)壓力升至事故壓力，在平臺壓力下，測量安全殼內(nèi)氣體總質(zhì)量的變化率，即得到安全殼整體泄漏率的估計值[2]。

安全殼整體密封性試驗系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負責(zé)對安全殼內(nèi)空氣參數(shù)進行測量，形成試驗執(zhí)行期間的空氣參數(shù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)負責(zé)對數(shù)據(jù)進行分析，計算安全殼整體泄漏率及其他指標(biāo)參數(shù)[3]。

1 計算依據(jù)

目前，國內(nèi)核電機組執(zhí)行安全殼整體密封性試驗主要依據(jù)兩個標(biāo)準(zhǔn)，分別為美國標(biāo)準(zhǔn)《ANSI ANS-56.8,Containment System Leakage Testing Requirements》[4]和法國標(biāo)準(zhǔn)RCC-G 第三部分《安全殼的密封性試驗和強度試驗》。兩種標(biāo)準(zhǔn)的泄漏率計算都采用質(zhì)量點法，基于理想氣體狀態(tài)方程、道爾頓分壓定律及最小二乘法，但計算方式有所區(qū)別。

1.1 美標(biāo)計算

美標(biāo)計算[5-6]中，依據(jù)以下公式計算每個時刻的干空氣質(zhì)量點：

其中，M為溫度傳感器個數(shù)；H為壓力傳感器的個數(shù)；k為濕度傳感器個數(shù)；Pij為第j個壓力傳感器在i時刻的絕壓，單位為kPa；Pvj為第j個濕度傳感器在i時刻計算得到的水蒸氣分壓，單位為kPa；Tj為第j個溫度傳感器在i時刻的絕對溫度，單位為K；Vfj為第j個傳感器的容積系數(shù)。

水蒸氣分壓需被剔除[7]，使用干空氣壓力參與計算。用最小二乘法對干空氣質(zhì)量點進行擬合：

安全殼干空氣質(zhì)量24 h 泄漏率如式（6）所示，單位為%/24h：

其中，ti為基準(zhǔn)時刻至計算時刻的時間間隔，單位為h；n為當(dāng)前數(shù)據(jù)測量個數(shù)，等于基準(zhǔn)時刻至計算時刻的間隔數(shù)。

對于不確定度分析，美標(biāo)采用分析質(zhì)量點的不確定度，計算泄漏率的95%置信上限：

近幾年，我國國內(nèi)外上市企業(yè)增多，使得企業(yè)內(nèi)部控制和企業(yè)價值之間的關(guān)聯(lián)度也受到了廣泛關(guān)注。值得一提的是，企業(yè)治理不嚴(yán)往往會造成內(nèi)部控制的失衡，使得企業(yè)出現(xiàn)嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，公司價值下降,也會對企業(yè)生存和發(fā)展產(chǎn)生影響，對投資者造成損害?；诖耍粚嵠髽I(yè)價值，就要從企業(yè)高層管理素質(zhì)和內(nèi)部控制等多方面落實系統(tǒng)化監(jiān)管規(guī)劃。

其中，t95可查表得到，SA為最小二乘法回歸直線斜率標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計值，由式（10）計算[8]：

1.2 法標(biāo)計算

對理想氣體狀態(tài)方程PV=mRT求導(dǎo)得到：

對每一個時刻得到的(P0-Pv) i進行最小二乘法擬合[9]，可得：

同理，對每個時刻的Ti進行擬合，可得：

2 系統(tǒng)硬件

目前采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由溫濕度采集終端、壓力采集終端、流量采集終端3 部分組成，通過下位機定期尋址讀取各采集端信息并生成記錄表，上位機再讀取記錄表進行數(shù)據(jù)副本的生成及計算。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3 軟件設(shè)計

安全殼整體密封性試驗從準(zhǔn)備至執(zhí)行期間，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)都需要連續(xù)運行約100 h以上，數(shù)據(jù)采集及分析計算結(jié)果需實時顯示，因此數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的軟件運行穩(wěn)定性對整個試驗的影響至關(guān)重要[10]。為提高軟件的適用性，該方案同時將美標(biāo)計算和法標(biāo)計算方式集成在軟件中，計算結(jié)果在試驗期間都設(shè)置為實時顯示。

該軟件基于LabVIEW 開發(fā)，適用于核電現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集分析，可實現(xiàn)對安全殼內(nèi)多通道溫濕度數(shù)據(jù)的同時采集、計算、顯示，便于現(xiàn)場的即時查閱及判斷。

3.1 軟件設(shè)計思路

為保證安全殼整體密封性試驗的可靠性及準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)的計算與數(shù)據(jù)的通信存儲需獨立進行，試驗持續(xù)時間較長，計算所需調(diào)用的數(shù)據(jù)量會持續(xù)增加，為降低算力壓力，軟件需在每次計算時預(yù)先計算出所需的中間變量，便于之后計算的持續(xù)調(diào)用。

軟件設(shè)計思路如圖2 所示。

圖2 軟件設(shè)計思路

3.2 通信方式

安全殼整體密封性試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集所形成的數(shù)據(jù)，一般以固定的時間間隔寫入，存儲于下位機的原始數(shù)據(jù)文本中，通常為EXCEL 格式。為確保數(shù)據(jù)分析過程不影響原始數(shù)據(jù)的寫入和存儲，上位機和下位機的通信采用如下方式進行設(shè)置：

首次啟動時，上位機分析軟件對下位機中的原始數(shù)據(jù)進行文本復(fù)制，在上位機中建立副本，即將軟件運行與數(shù)據(jù)采集進行隔離；

進行數(shù)據(jù)采集時，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，上位機軟件采用差時讀取的方式，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對原始數(shù)據(jù)進行寫入的過程與數(shù)據(jù)分析軟件復(fù)制原始數(shù)據(jù)文本的過程發(fā)生沖突，造成軟件運行紊亂或原始數(shù)據(jù)丟失。

數(shù)據(jù)采集通信流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集通信流程圖

3.3 邏輯功能

依照法規(guī)規(guī)定，針對充壓、穩(wěn)定、計算、驗證、泄壓5 個不同階段[11]，采用不同的邏輯判斷，用以輔助現(xiàn)場人員判斷，減少現(xiàn)場人員工作量以及試驗時間。

充壓階段中，軟件實時顯示壓力與充壓速率，輔助判斷。穩(wěn)定階段需觀察穩(wěn)定判據(jù)參數(shù)，并保證殼內(nèi)壓力不低于法規(guī)限值。驗證階段需人工設(shè)置試驗起始時間，軟件根據(jù)計算階段的數(shù)據(jù)生成驗證上下限參數(shù)，依照法規(guī)要求，根據(jù)滿足的上下限連續(xù)點數(shù)來判斷是否驗證通過。泄壓階段中，需觀察殼內(nèi)壓力與泄壓速率，防止因過快泄壓導(dǎo)致設(shè)備損壞[12]，甚至造成鋼襯里鼓包、剝離等不可逆損傷[13]，并通過監(jiān)控泄壓速率防止因慣性等原因造成殼內(nèi)負壓的可能。

3.4 操作界面

3.4.1 系統(tǒng)設(shè)置

在安全殼整體密封性試驗執(zhí)行前，需對數(shù)據(jù)分析軟件進行設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容主要為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和試驗狀態(tài)參數(shù)設(shè)置。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，可對傳感器通信比特率、數(shù)據(jù)讀取間隔進行設(shè)置，保證數(shù)據(jù)讀取周期符合法規(guī)要求。溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器設(shè)置中，可選擇對應(yīng)的下位機，便于多下位機同時通信；可自由選擇數(shù)據(jù)傳輸端口，進行設(shè)置傳感器通信地址、分配傳感器容積系數(shù)等操作。

試驗狀態(tài)設(shè)置參數(shù)中，設(shè)置參數(shù)包括安全殼自由容積、大氣壓力、La及L0，在驗證試驗執(zhí)行前，輸入安全殼自由容積、大氣壓力、La，驗證試驗開始前，依據(jù)泄漏率結(jié)果計算L0，并在該界面中輸入并保存。

3.4.2 試驗操作

安全殼整體密封性試驗執(zhí)行期間，軟件操作主界面如圖4 所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計算方法的不同，法標(biāo)在試驗階段無需進行操作，因此試驗操作主要針對美標(biāo)進行泄漏率計算，法標(biāo)計算僅進行計算結(jié)果實時顯示。

圖4 軟件操作主界面

在軟件界面中，輸入起始時間，選擇階段，即可實現(xiàn)該階段的原始數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)顯示。由于標(biāo)準(zhǔn)中無終止條件，法標(biāo)計算還需輸入終止時間。兩種標(biāo)準(zhǔn)的計算可同時實時顯示，在試驗期間可互相作為參考。

在“Manage”中可進行數(shù)據(jù)剔除操作，“History”中可查詢單個傳感器的歷史數(shù)據(jù)曲線，在試驗執(zhí)行期間，可提高軟件的輔助功能。試驗結(jié)束后，文中將計算結(jié)果分別輸出為兩個EXCEL 文件，為數(shù)據(jù)查詢提供選擇。

4 數(shù)據(jù)分析

在某電廠#3、#4 機組的兩次大修中，采用該軟件作為安全殼整體密封性試驗的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。該堆型安全殼泄漏率驗收準(zhǔn)則為24 h 內(nèi)氣體泄漏量不超過安全殼自由容積的0.2%[14]。

試驗采用兩套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及分析系統(tǒng)各自獨立運行，數(shù)據(jù)采集及分析間隔為0.5 個采集周期，計算結(jié)果如表1 所示。

表1 某核電安全殼整體泄漏率計算結(jié)果

將某核電廠的兩次安全殼整體密封性試驗數(shù)據(jù)讀入軟件，并建立泄漏率計算結(jié)果曲線對比，如圖5所示。

圖5 某核電泄漏率計算結(jié)果曲線對比圖

通過以上數(shù)據(jù)對比可以得出：

1）在4 組試驗數(shù)據(jù)中，主分析系統(tǒng)和從分析系統(tǒng)計算結(jié)果差異較小，如表2 所示，可以驗證軟件計算功能的準(zhǔn)確性和可靠性。

表2 某核電整體密封性試驗主從系統(tǒng)差值分析

2）美標(biāo)和法標(biāo)對于泄漏率計算方法不同，計算結(jié)果有一定差異，如表3 所示，4 次計算結(jié)果顯示，法標(biāo)所計算的泄漏率均大于美標(biāo)計算結(jié)果，這是由于安全殼內(nèi)氣體在停止充壓后的初始階段，氣體狀態(tài)尚未穩(wěn)定，由于氣體溫度降低，露點上升，產(chǎn)生凝水，導(dǎo)致泄漏率計算值偏大[15]，法標(biāo)中不包含穩(wěn)定階段，殼內(nèi)空氣在初始時間段內(nèi)的變化被引入整體泄漏率計算中，而美標(biāo)中，初始階段有至少4 h 的穩(wěn)定時間，殼內(nèi)空氣狀態(tài)趨于穩(wěn)定，計算值更接近真實泄漏率[16]。

表3 某核電整體密封性試驗美、法標(biāo)準(zhǔn)差值分析

5 結(jié)束語

該文基于美國標(biāo)準(zhǔn)《ANSI ANS-56.8-1994,Containment System Leakage Testing Requirements》及法國標(biāo)準(zhǔn)RCC-G 第三部分，設(shè)計了一套同時包含兩種算法的安全殼整體密封性試驗數(shù)據(jù)分析軟件，實現(xiàn)了兩種計算模式的并行運行，在試驗執(zhí)行期間可互相作為參照。目前，該軟件已應(yīng)用于國內(nèi)某核電的兩次大修，滿足試驗需求。該軟件的開發(fā)，為國內(nèi)所有核電站的安全殼整體密封性試驗數(shù)據(jù)分析提供了一種全覆蓋的技術(shù)服務(wù)方案。

在接下來的工作中，該軟件可在以下方面進行改進：

1）增加曲線截取功能，由于計算起始點對試驗結(jié)果有一定影響，在試驗執(zhí)行期間，可通過截取曲線的某一段單獨進行計算，并顯示計算結(jié)果曲線，此功能需解決并行計算問題，可在泄漏率異常時，增加判斷依據(jù)。

2）在不影響美標(biāo)泄漏率計算結(jié)果曲線的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)法標(biāo)泄漏率計算結(jié)果曲線的并行實時顯示，使實時曲線對比更直觀，增強計算結(jié)果的可視化功能，此功能需對軟件界面進行優(yōu)化，或采用增加下級入口的方式來實現(xiàn)。