淺析渦街蒸汽流量計在密封性試驗中的設計及應用
點(diǎn)擊次數：1428 發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 15:06:59
摘要：本文介紹了渦街蒸汽流量計的試驗原理，分析了渦街蒸汽流量計在局部密封性試驗應用過(guò)程中出現的問(wèn)題，提出了試驗管路優(yōu)化布置方案，介紹了渦街蒸汽流量計在局部密封性試驗中的應用，依據實(shí)際應用效果提出了改進(jìn)建議。
安全殼作為核電機組的安全屏障，其密封性必須滿(mǎn)足法規要求。安全殼密封性試驗是評價(jià)核電機組安全殼密封性狀況的試驗，一般分為 A 類(lèi)、B 類(lèi)、C 類(lèi)，其中 B 類(lèi)及 C 類(lèi)為安全殼局部密封性試驗，在核電機組每次換料大修期間進(jìn)行。局部密封性試驗介質(zhì)一般為除鹽水或壓縮空氣，根據試驗原理分為流量法和壓力法兩種，流量法又分為補充法和收集法。其中渦街蒸汽流量計作為一種試驗持續時(shí)間較短、操作相對簡(jiǎn)單的試驗方法，在實(shí)際操作中應用較多。
1 技術(shù)原理
目前，安全殼局部密封性試驗所應用的渦街蒸汽流量計的基本原理一般為：通過(guò)引入外部介質(zhì)（一般為壓縮空氣或除鹽水），通過(guò)充壓接口向貫穿件中充入一定壓力的介質(zhì)，壓力為試驗規程規定值，在充入介質(zhì)的管線(xiàn)上設置壓力調節單元及流量監視單元，當壓力穩定在規定值時(shí)，即表示充入管線(xiàn)與貫穿件內部壓力已達到平衡，此時(shí)貫穿件內閥門(mén)的泄漏流量，即為充入的介質(zhì)流量，通過(guò)流量監視單元對充入介質(zhì)流量進(jìn)行測量，以此得出貫穿件隔離閥的泄漏流量。測出隔離閥的泄漏率后，再根據評價(jià)準則，計算出貫穿件的泄漏率。根據試驗原理可知，隔離閥密封性測量是局部密封性試驗的重點(diǎn)工作。核電機組大修期間執行的安全殼局部密封性試驗具有地點(diǎn)分散、時(shí)間窗口不確定性高、試驗時(shí)長(cháng)有嚴格限制的特點(diǎn)，而且試驗過(guò)程具有一定放射性污染風(fēng)險。
在目前的局部密封性試驗執行期間，單個(gè)貫穿件試驗前的充壓管線(xiàn)布置工作相互獨立，且因為貫穿件布置位置區域分散在安全殼內外多個(gè)區域，造成很多單個(gè)貫穿件試驗進(jìn)行前需要鋪設臨時(shí)充壓管線(xiàn)，這不僅間接延長(cháng)試驗人員受照射的時(shí)間，還增加了管線(xiàn)布置的復雜性，因此而產(chǎn)生的放射性污染風(fēng)險、設備及耗材損耗和人因失誤的發(fā)生概率都會(huì )隨之上升。
通過(guò)匯總分析貫穿件安全殼房間布置、貫穿件及充壓接口位置，可以發(fā)現，在某些區域內，試驗接口分布相對較集中，并且這些區域距離試驗設備固定放置區較遠，管線(xiàn)可能需要穿越不同標高或空間狹窄區、高劑量區，在對這些貫穿件實(shí)施局部密封性試驗時(shí)，單項試驗每次實(shí)施前的管線(xiàn)布置多為工作量大、風(fēng)險高的重復性工作。因此，對試驗實(shí)施方案進(jìn)行優(yōu)化，簡(jiǎn)化掉這部分工作量，可以大大縮短整個(gè)試驗時(shí)長(cháng)，減少工作人員受照射時(shí)間，降低試驗風(fēng)險。
根據對多次局部密封性試驗實(shí)施的數據和記錄整理，建立一套渦街蒸汽流量計，將部分區域內分布集中的貫穿件試驗視為一個(gè)整體系統內的試驗，將這部分試驗的管線(xiàn)優(yōu)化集成，集成系統作為設備到試驗接口的管線(xiàn)中轉集中控制單元，以此克服貫穿件充壓口分布分散的弊端，降低貫穿件充壓口對試驗地點(diǎn)的限制，進(jìn)而減少試驗前準備期間的管線(xiàn)布置工作量，并減少工作人員輻照劑量。
2 應用方案
安全殼渦街蒸汽流量計以總成箱和分支箱為核心。試驗初期，將總成箱置于儀器放置區，分支箱置于貫穿件集中區域附近，檢漏儀至總成箱再至分支箱之間的管線(xiàn)固定連接，如圖2所示。水法試驗管路與氣法試驗管路互相獨立，總成箱和分支箱的每一路連接采用編號標記進(jìn)行區分，并設置控制閥控制開(kāi)關(guān)和流向。
集中區域內的貫穿件試驗實(shí)施前，連接加壓管線(xiàn)時(shí)，可直接將加壓管線(xiàn)攜帶至分支箱放置處，用快速接頭連接分支箱與貫穿件加壓口，保持分支箱控制閥為開(kāi)，利用總成箱控制閥作為充卸壓控制閥進(jìn)行試驗。
總成箱的功能為：
（1）承接儀器至同標高貫穿件充壓口的固定管線(xiàn)；
（2）承接儀器至分支箱的固定管線(xiàn)；
（3）控制每一路的開(kāi)關(guān)流向。
分支箱的功能為：
（1）承接總成箱至集中區域內貫穿件沖壓口的固定管線(xiàn)；
（2）控制每一路的開(kāi)關(guān)流向
總成箱和分支箱采用箱體設計，內部結構基本一致（如圖 3 所示），管路數不同，管路及附件承壓 1.5MPa，所用料在滿(mǎn)足支撐要求的基礎上盡量減輕重量，且箱體底部帶有滑輪及自鎖裝置，因此，集成系統具備較好的便攜性，對核島內環(huán)境的適應能力較強。
3 應用效果
安全殼渦街蒸汽流量計已應用于某電廠(chǎng)機組大修 B、C 類(lèi)試驗，取得了良好的應用效果。
（1）集中區域內的貫穿件試驗大大減少了管線(xiàn)布置的工作量和連接時(shí)間。根據現場(chǎng)實(shí)際反饋，集中區域內單個(gè)貫穿件試驗試驗時(shí)間縮短 30% ～ 50%。
（2）由于以往試驗時(shí)布置管線(xiàn)數較多，常出現多條管線(xiàn)混在一起，難以區分的情況，存在接錯管線(xiàn)的風(fēng)險。集成系統中總成箱、分支箱與管線(xiàn)、儀器編號一一對應，試驗初期連接后，固定管線(xiàn)在各個(gè)貫穿件試驗中作為共用管線(xiàn)，管線(xiàn)數量明顯減少，大大降低接錯管線(xiàn)的概率。實(shí)際應用中，使用集成系統的局部密封性試驗，管線(xiàn)減少 50% 以上，發(fā)生管線(xiàn)接錯的情況為 0 起。
（3）總成箱與試驗儀器、總成箱與分支箱之間連接固定后無(wú)須再變動(dòng)，減少了管線(xiàn)的斷開(kāi)、連接次數，單次機組大修期間的材料消耗明顯減少，同時(shí)也降低了零部件失效帶來(lái)的風(fēng)險。
（4）在以往的試驗中，水法管線(xiàn)在用過(guò)后未進(jìn)行徹底干燥，后管線(xiàn)用在氣法試驗中，發(fā)生液滴進(jìn)入試驗儀器，造成儀器內部零部件放射性沾污的事件。集成系統總成箱和分支箱的水路和氣路完全分開(kāi)布置，管線(xiàn)也隨之固定連接，水法和氣法管線(xiàn)不會(huì )混用，完全避免了管線(xiàn)混用造成的儀器污染的風(fēng)險。
4 結語(yǔ)
通過(guò)現場(chǎng)實(shí)際應用效果可知，安全殼渦街蒸汽流量計的應用對核電機組大修期間安全殼局部密封性試驗過(guò)程的優(yōu)化具有良好效果，不僅減少了大量高風(fēng)險的重復性工作，縮短試驗持續時(shí)間和工作人員受照射時(shí)間，也降低了人因失誤概率以及材料損耗帶來(lái)的風(fēng)險。
在不同類(lèi)型的核電機組安全殼局部密封性試驗中，集中區域較多時(shí)，可根據情況增加分支箱數量及總成箱管路數量，解決多個(gè)集中區域的布置問(wèn)題。另外，核島內部分地方空間狹小，分支箱在選擇放置地點(diǎn)時(shí)，可利用進(jìn)一步減少箱體體積、設計快捷拆除部件的方法，提高集成系統對核島內環(huán)境的適應能力。
安全殼作為核電機組的安全屏障，其密封性必須滿(mǎn)足法規要求。安全殼密封性試驗是評價(jià)核電機組安全殼密封性狀況的試驗，一般分為 A 類(lèi)、B 類(lèi)、C 類(lèi)，其中 B 類(lèi)及 C 類(lèi)為安全殼局部密封性試驗，在核電機組每次換料大修期間進(jìn)行。局部密封性試驗介質(zhì)一般為除鹽水或壓縮空氣，根據試驗原理分為流量法和壓力法兩種，流量法又分為補充法和收集法。其中渦街蒸汽流量計作為一種試驗持續時(shí)間較短、操作相對簡(jiǎn)單的試驗方法，在實(shí)際操作中應用較多。
1 技術(shù)原理
目前，安全殼局部密封性試驗所應用的渦街蒸汽流量計的基本原理一般為：通過(guò)引入外部介質(zhì)（一般為壓縮空氣或除鹽水），通過(guò)充壓接口向貫穿件中充入一定壓力的介質(zhì)，壓力為試驗規程規定值，在充入介質(zhì)的管線(xiàn)上設置壓力調節單元及流量監視單元，當壓力穩定在規定值時(shí)，即表示充入管線(xiàn)與貫穿件內部壓力已達到平衡，此時(shí)貫穿件內閥門(mén)的泄漏流量，即為充入的介質(zhì)流量，通過(guò)流量監視單元對充入介質(zhì)流量進(jìn)行測量，以此得出貫穿件隔離閥的泄漏流量。測出隔離閥的泄漏率后，再根據評價(jià)準則，計算出貫穿件的泄漏率。根據試驗原理可知，隔離閥密封性測量是局部密封性試驗的重點(diǎn)工作。核電機組大修期間執行的安全殼局部密封性試驗具有地點(diǎn)分散、時(shí)間窗口不確定性高、試驗時(shí)長(cháng)有嚴格限制的特點(diǎn)，而且試驗過(guò)程具有一定放射性污染風(fēng)險。
在目前的局部密封性試驗執行期間，單個(gè)貫穿件試驗前的充壓管線(xiàn)布置工作相互獨立，且因為貫穿件布置位置區域分散在安全殼內外多個(gè)區域，造成很多單個(gè)貫穿件試驗進(jìn)行前需要鋪設臨時(shí)充壓管線(xiàn)，這不僅間接延長(cháng)試驗人員受照射的時(shí)間，還增加了管線(xiàn)布置的復雜性，因此而產(chǎn)生的放射性污染風(fēng)險、設備及耗材損耗和人因失誤的發(fā)生概率都會(huì )隨之上升。
通過(guò)匯總分析貫穿件安全殼房間布置、貫穿件及充壓接口位置，可以發(fā)現，在某些區域內，試驗接口分布相對較集中，并且這些區域距離試驗設備固定放置區較遠，管線(xiàn)可能需要穿越不同標高或空間狹窄區、高劑量區，在對這些貫穿件實(shí)施局部密封性試驗時(shí)，單項試驗每次實(shí)施前的管線(xiàn)布置多為工作量大、風(fēng)險高的重復性工作。因此，對試驗實(shí)施方案進(jìn)行優(yōu)化，簡(jiǎn)化掉這部分工作量，可以大大縮短整個(gè)試驗時(shí)長(cháng)，減少工作人員受照射時(shí)間，降低試驗風(fēng)險。
根據對多次局部密封性試驗實(shí)施的數據和記錄整理，建立一套渦街蒸汽流量計，將部分區域內分布集中的貫穿件試驗視為一個(gè)整體系統內的試驗，將這部分試驗的管線(xiàn)優(yōu)化集成，集成系統作為設備到試驗接口的管線(xiàn)中轉集中控制單元，以此克服貫穿件充壓口分布分散的弊端，降低貫穿件充壓口對試驗地點(diǎn)的限制，進(jìn)而減少試驗前準備期間的管線(xiàn)布置工作量，并減少工作人員輻照劑量。
2 應用方案
安全殼渦街蒸汽流量計以總成箱和分支箱為核心。試驗初期，將總成箱置于儀器放置區，分支箱置于貫穿件集中區域附近，檢漏儀至總成箱再至分支箱之間的管線(xiàn)固定連接，如圖2所示。水法試驗管路與氣法試驗管路互相獨立，總成箱和分支箱的每一路連接采用編號標記進(jìn)行區分，并設置控制閥控制開(kāi)關(guān)和流向。
集中區域內的貫穿件試驗實(shí)施前，連接加壓管線(xiàn)時(shí)，可直接將加壓管線(xiàn)攜帶至分支箱放置處，用快速接頭連接分支箱與貫穿件加壓口，保持分支箱控制閥為開(kāi)，利用總成箱控制閥作為充卸壓控制閥進(jìn)行試驗。
總成箱的功能為：
（1）承接儀器至同標高貫穿件充壓口的固定管線(xiàn)；
（2）承接儀器至分支箱的固定管線(xiàn)；
（3）控制每一路的開(kāi)關(guān)流向。
分支箱的功能為：
（1）承接總成箱至集中區域內貫穿件沖壓口的固定管線(xiàn)；
（2）控制每一路的開(kāi)關(guān)流向
總成箱和分支箱采用箱體設計，內部結構基本一致（如圖 3 所示），管路數不同，管路及附件承壓 1.5MPa，所用料在滿(mǎn)足支撐要求的基礎上盡量減輕重量，且箱體底部帶有滑輪及自鎖裝置，因此，集成系統具備較好的便攜性，對核島內環(huán)境的適應能力較強。
3 應用效果
安全殼渦街蒸汽流量計已應用于某電廠(chǎng)機組大修 B、C 類(lèi)試驗，取得了良好的應用效果。
（1）集中區域內的貫穿件試驗大大減少了管線(xiàn)布置的工作量和連接時(shí)間。根據現場(chǎng)實(shí)際反饋，集中區域內單個(gè)貫穿件試驗試驗時(shí)間縮短 30% ～ 50%。
（2）由于以往試驗時(shí)布置管線(xiàn)數較多，常出現多條管線(xiàn)混在一起，難以區分的情況，存在接錯管線(xiàn)的風(fēng)險。集成系統中總成箱、分支箱與管線(xiàn)、儀器編號一一對應，試驗初期連接后，固定管線(xiàn)在各個(gè)貫穿件試驗中作為共用管線(xiàn)，管線(xiàn)數量明顯減少，大大降低接錯管線(xiàn)的概率。實(shí)際應用中，使用集成系統的局部密封性試驗，管線(xiàn)減少 50% 以上，發(fā)生管線(xiàn)接錯的情況為 0 起。
（3）總成箱與試驗儀器、總成箱與分支箱之間連接固定后無(wú)須再變動(dòng)，減少了管線(xiàn)的斷開(kāi)、連接次數，單次機組大修期間的材料消耗明顯減少，同時(shí)也降低了零部件失效帶來(lái)的風(fēng)險。
（4）在以往的試驗中，水法管線(xiàn)在用過(guò)后未進(jìn)行徹底干燥，后管線(xiàn)用在氣法試驗中，發(fā)生液滴進(jìn)入試驗儀器，造成儀器內部零部件放射性沾污的事件。集成系統總成箱和分支箱的水路和氣路完全分開(kāi)布置，管線(xiàn)也隨之固定連接，水法和氣法管線(xiàn)不會(huì )混用，完全避免了管線(xiàn)混用造成的儀器污染的風(fēng)險。
4 結語(yǔ)
通過(guò)現場(chǎng)實(shí)際應用效果可知，安全殼渦街蒸汽流量計的應用對核電機組大修期間安全殼局部密封性試驗過(guò)程的優(yōu)化具有良好效果，不僅減少了大量高風(fēng)險的重復性工作，縮短試驗持續時(shí)間和工作人員受照射時(shí)間，也降低了人因失誤概率以及材料損耗帶來(lái)的風(fēng)險。
在不同類(lèi)型的核電機組安全殼局部密封性試驗中，集中區域較多時(shí)，可根據情況增加分支箱數量及總成箱管路數量，解決多個(gè)集中區域的布置問(wèn)題。另外，核島內部分地方空間狹小，分支箱在選擇放置地點(diǎn)時(shí)，可利用進(jìn)一步減少箱體體積、設計快捷拆除部件的方法，提高集成系統對核島內環(huán)境的適應能力。