涉钠工艺间门类设备钠火事故工况试验方法.pdf

试验技术与装备 Test Technology and Equipment 2023.6 今日制造与升级 1330引言钠冷快堆是以液态钠作为冷却介质，通过快中子引发核裂变并维持链式反应的反应堆1。钠由于在空气中极易氧化，并且与水产生剧烈反应，一旦钠液泄漏将产生严重的钠火事故。钠冷快堆核电站内涉钠工艺间的门类设备是重要的防钠火边界设备，也是放射性涉钠工艺间和非放射性钠工艺间与室外通行的通道门。在发生钠火事故情况下，能够保持其整体结构的完整性和密封性，阻止钠火及放射性气溶胶等物质向外界（或外部钠火向房间内）扩散和蔓延，满足事故情况下放射性物质向环境排放的总体要求，避免钠泄漏和钠火事故持续发生期间对钠工艺间设备及人员造成伤害。霞浦示范快堆是中国首个以钠为冷却介质的快堆工程2，核岛厂房涉钠工艺间的防钠火特种门是重要的防钠火、安全壳边界门类设备，是涉钠工艺间包容钠边界的结构完整性措施之一，是放射性涉钠工艺间和非放射性钠工艺间与室外通行的唯一通道门。特种门的设计需考虑模拟钠火事故工况的高温、高压环境下，能够保证门的密封、防火、隔热等功能的有效性。上海阿波罗机械股份有限公司与霞浦核电有限公司、中核核电工程有限公司合作，联合研发了防钠火气密特种门。通过方案设计、样机制造、试验验证，并通过了行业鉴定，最终产品也得到了业主认可。下面主要介绍和讨论防钠火气密特种门的试验过程。当发生钠燃烧事故时，钠的燃烧分为池式燃烧、雾状燃烧、池式叠加雾状燃烧3，其中雾状钠燃烧有加压喷射和爆炸喷射两种方式。钠火事故主要危害在火灾发生早期产生瞬间的高温和高压4，钠燃烧时产生放射性钠气溶胶等有害物质。根据钠火事故状态，按危害和对设备影响，将钠火事故拆解为高温、高压、高温-高压叠加和放射性钠气溶胶工况。1 耐高温性能试验耐高温性能试验采用普通火模拟钠火事故工况进行，通过将样机耐火侧置于普通火中进行试验，试验时间为2h，样机受火面如图1和图2所示，样机背火面如图3和图4所示。试验结果：样机背火面未见火焰，未点燃防火棉垫，门体未出现可见缝隙，无明显变形，样机未失去耐火完整性。样机背火面平均温升41。图1 试验前样机受火面 图2 火烧2h后样机受火面 图3 试验前样机背火面 图4 火烧2h后样机背火面摘要钠冷快堆是以液态钠作为冷却介质，通过快中子引发核裂变并维持链式反应的反应堆。钠是一种非常活跃的金属元素，极易在空气中燃烧引发钠火事故，钠泄漏事故将产生钠火和放射性钠气溶胶等危害人员和环境安全。钠冷快堆核电站内涉钠工艺间的门类设备须具耐钠火能力，钠火事故下设备除自身完整、可靠外，还应防止钠火及放射性气溶胶等向外泄漏。文章介绍了一种门类设备在钠火事故工况下的性能试验方法，通过高温密封试验、高压密封试验、高温/高压密封试验、耐钠火试验等，经对比分析验证，设备满足正常和事故工况的使用要求。关键词钠火；试验；高温；高压；气密性中图分类号TL42 文献标志码A涉钠工艺间门类设备钠火事故工况试验方法马运惠，顾兴涛（上海阿波罗机械股份有限公司，上海200000）试验技术与装备 Test Technology and Equipment 134 今日制造与升级 2023.6根据试验结果可以说明，防钠火气密特种门样机经过2h 普通火试验条件下，能够保证设备本身的结构完成性、防火隔热性能。2 耐高压性能试验耐高压性能试验是在常温环境下采用在门体的不利侧设计制造专用的密封腔体，在腔体中增加气压的形式进行试验。试验压力为不低于54kPa，持续2h。试验结果：常温环境下，对不利侧密封腔体施加54kPa 的压力，持续2h，门体无明显变形，泄漏量为14m3/h，满足设备密封功能要求。通过此项试验可以说明防钠火气密特种门在常温高压下密封性能良好，功能满足要求。3 耐高温-高压叠加工况性能试验耐高温-高压叠加工况是将高温和高压两种试验条件同时叠加，即在样机的耐火侧施加普通火，并在样机门体的背火侧设置密封腔体施加负压54kPa（在门体的有利侧施加负压等价于在门体的不利侧施加正压），试验时间4h。在两种试验条件叠加的情况下，检测样机的结构性和密封性。高温-高压叠加试验现场如图5所示。试验结果：在高温和高压叠加4h 试验下，门体未出现明显变形，在54kPa 的压差下，门体泄漏量不大于15m3/h。图5 高温-高压叠加试验现场通过试验结果可以说明，防钠火气密特种门在模拟钠火事故工况，即高温高压（负压）下，门体结构保持完好，性能满足使用要求。4 放射性钠气溶胶环境材料验证通过制造小比例样门，并将样门及主要材料置于真实钠火环境，验证样门、金属材料、密封材料等经过钠火和钠气溶胶环境后的结构完整性和材料性能5。钠火试验前对样门进行密封性能检测、外观检查，并记录。将样门及设备主要材料放置于钠燃烧房间，经真实钠火后清洁样门及主要材料表面，通过对样门前后密封性检测和主要材料质量检验，验证防钠火气密特种门及其主要材料的耐钠气溶胶性能满足要求，样门及主要材料试验后状态如图6和图7所示。试验结果：经过10h 的真实钠火试验，样门及材料样品表面覆盖较厚的泡沫状气溶胶，经过清洗后检查，样门表面存在一定的烧蚀发黄现象，门体和材料样件表面均无明显变化。小比例样门经过钠火试验后重新进行密封性检测，密封性能良好。图6 钠火试验后表面状态图7 清洁后表面状态通过此项试验可以说明，在真实钠火工况下，主要材料均能保证其功能性，样门满足结构和功能要求。在钠火事故工况下，能够保证门的整体结构功能和防火密封性能。5 结束语众所周知，钠冷快堆是快中子增值反应堆，可以实现铀资源的高效利用。但由于金属钠的特殊性，需要考虑核电站运行过程中的钠泄漏事故的有效控制。防钠火气密特种门是实现涉钠工艺间与非涉钠工艺间隔绝和屏蔽的有效设备，因此保证防钠火气密特种门在钠泄漏事故中的有效运行至关重要。国内外尚无法实现真实钠火事故工况的设备试验，并且暂无相关试验方法和验收指标的标准文献。文章中3个公司合作研发了防钠火气密特种门，完成了高温、高压、高温-高压叠加和放射性钠气溶胶环境的各项试验。通过试验条件和结果的分析，可以说明研发的防钠火气密特种门能够经受住钠火事故工况高温、高压和钠气溶胶试验条件。经对比分析验证，文章介绍的试验方法可以判定设备能否满足钠火事故工况要求。参考文献1 陈帅，董希琳.钠冷快速中子增殖反应堆钠火研究综试验技术与装备 Test Technology and Equipment 2023.6 今日制造与升级 1350引言电子电源小型化、轻量化是当今产品的发展趋势，对于航天产品而言尤为重要，甚至不惜提高成本来实现小而轻。在电子电源产品体积较大的情况下，较大的变压器安装在产品中似乎不成问题；但产品变得小型化、轻量化后，笨拙的变压器就不被设计师接受了。由于传统变压器固有结构的原因，严重制约了电源产品的高效化发展1。平面变压器（PlanarTransformer）很好地解决了这一问题，被广泛使用在通信电源、数字化电视、手机、汽车电子、电力设备、航天航空电源和雷达电源等领域2-3。平面变压器去掉了传统的绕组骨架，其“绕组”一般直接做在印制电路板上，通常使用扁平传导导线或直接用铜箔。平面变压器相较于传统变压器这种结构上的改变，不仅使其体积大大减小，在一定程度上可以减轻产品重量4。也为产品的电气特性带来了许多优点5：热传导效果好；输出效率高；漏感值较低。文章对不同种类环氧胶粘剂粘固的平面变压器进行安装效果研究。目前，航天电子产品中，如电感变压器、集成电路、自愈电容等一些大体积、大质量的元器件需要使用有“万能胶”、“大力胶”之称的 E-51及 EC-2216B/a辅助加固，通过其高粘接强度来提高产品在抗力热冲击过程中的抵抗能力。结合前期调研情况，引入单组份环氧胶g909，通过不同种类环氧胶粘剂的粘固对比，研究各环氧胶粘剂对平面变压器的粘固效果。分别对不同种类环氧胶粘剂粘固的平面变压器进行相同的力学试验（验收级），并对试验后的平面变压器进行安装效果评估，为平面变压器的安装提供选择依据。1 实验准备首先对 E-51、EC-2216B/a、g909进行强度对比，依据 gJB941986 胶粘剂-不均匀扯离强度试验方法（金属与金属）与 gB/T71242008胶粘剂-拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料），进行各环氧胶粘剂试摘要平面变压器具有体积小、一致性好、集成度高等优点，因此有望在电子电源单机小型化、轻量化方面得到广泛应用。文章选取3种环氧胶粘剂进行剪切强度及不均匀扯离强度的比较，分别对比了不同环氧胶粘剂粘固的平面变压器在相同力学条件下的感量值变化，对平面变压器粘固效果进行了研究。关键词平面变压器；小型化；轻量化；环氧胶粘剂中图分类号TM42 文献标志码A相同力学条件下不同环氧胶粘剂 对平面变压器粘固效果研究袁群博，吴彦妮，徐朱力，段永辉，王邦兴，刘沛鑫（上海空间电源研究所，上海201100）述J.武警学院学报，2011，27（4）：5-9.2 何佳闰，郭正荣.钠冷快堆发展综述J.东方电气评论，2013，27（3）：36-43.3 喻宏.快堆钠火分析研究D.北京：中国原子能科学研究院，2001.4 朴君，杜海鸥.基于有限元分析法的钠火事故下钢覆面完整性分析J.核科学与工程，2017，37（2）：257-262.5 常一狄，杜海鸥.钠火事故下工艺间气溶胶分布影响分析J.科技创新导报，2017，14（10）：103-105.作者简介马运惠（1988），女，山东菏泽人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为本构方程在镍基合金中的应用。