GBT 43257.6-2023 放射性物品運輸容器安全試驗方法 第6部分：耐熱試驗

放射性物品運輸容器安全試驗方法第6部分：耐熱試驗2023-11-27發(fā)布國家標準化管理委員會GB/T43257.6—2023前言 I引言 Ⅱ 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4試驗原理 5試驗條件 6儀器設備 27試樣 8試驗步驟 49試驗數據處理 10質量保證和控制 附錄A(規(guī)范性)金屬圍板輻射溫度 7I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T43257《放射性物品運輸容器安全試驗方法》的第6部分。GB/T43257已經發(fā)布了以下部分：——第1部分：總則；——第6部分：耐熱試驗。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國核能標準化技術委員會(SAC/TC58)提出并歸口。本文件起草單位：中國工程物理研究院總體工程研究所、中國輻射防護研究院、核工業(yè)標準化研究所、生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心、中機生產力促進中心、中國核電工程有限公司、上海核工程研究設計院股份有限公司、中廣核工程有限公司、中廣核研究院有限公司。Ⅱ放射性物品運輸容器的固有安全性是放射性物品運輸安全的前提，需要經受正常運輸條件和運輸事故條件下各種試驗的驗證。GB/T43257針對不同類型運輸容器的各類驗證試驗，需要明確參試運輸容器狀態(tài)、細化后的試驗條件、試驗裝置及儀器設備、試驗實施與測試、數據處理方法、試驗合格評價等諸多具體內容，作為GB11806—2019《放射性物品安全運輸規(guī)程》實施的重要補充，使得相關試驗考核更加具體化、規(guī)范化。因此，通過放射性物品運輸容器安全試驗方法具體指導各類運輸容器開展相應驗證試驗對于容器的設計、驗證和評估等方面具有非常重要的意義。GB/T43257擬由11部分構成?！?部分：總則。目的在于明確放射性物品運輸容器開展經受正常運輸條件和運輸事故條件下各種試驗的通用要求?！?部分：噴水試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器經受正常運輸條件下的噴水試驗考核?！?部分：堆積試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器經受正常運輸條件下的堆積試驗考核。——第4部分：跌落試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器經受正常運輸條件和運輸事故條件下的自由下落、貫穿和擊穿-撕裂等試驗考核?！?部分：撞擊試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器經受運輸事故條件下的撞擊試驗考核?！?部分：耐熱試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器經受運輸事故條件下的耐熱和強化耐熱試驗考核?！?部分：水浸沒試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器經受運輸事故條件下的水浸沒和強化水浸沒試驗考核。——第8部分：屏蔽試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器經受正常運輸條件和運輸事故條件后的屏蔽試驗?！?部分：泄漏試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器經受正常運輸條件和運輸事故條件下的泄漏試驗。——第10部分：振動試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器運輸振動效應的振動試驗考核?！?1部分：熱傳輸試驗。目的在于規(guī)范指導放射性物品運輸容器不能忽略內容物衰變熱影響的熱傳輸試驗考核。GB/T43257.6根據熱環(huán)境等效原則，并考慮到結構尺寸、環(huán)保要求及可用設施等因素，建立了可供選擇的放射性物品運輸容器耐熱試驗的池火、加熱爐、電熱輻射3種不同的試驗方法。耐熱試驗存在高溫熱源，具有固有的危險性，使用者有責任采取適當的安全和健康措施，使用與相應危害水平相符的安全程序和設備，確保人員和財產安全得到充分保障。GB/T43257.6和GB/T43257.1《放射性物品運輸容器安全試驗方法第1部分：總則》共同構成了適用于放射性物品運輸容器取證的耐熱試驗方法。1放射性物品運輸容器安全試驗方法第6部分：耐熱試驗1范圍本文件規(guī)定了放射性物品運輸容器耐熱試驗的試驗原理、試驗條件、儀器設備、試樣、試驗步驟、試驗數據處理、質量保證和控制等內容。本文件適用于放射性物品運輸容器的耐熱試驗，其他設備耐熱試驗參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB11806—2019放射性物品安全運輸規(guī)程GB/T43257.1—2023放射性物品運輸容器安全試驗方法第1部分：總則JJF1262鎧裝熱電偶校準規(guī)范JJF1637廉金屬熱電偶校準規(guī)范JJF1664溫度顯示儀校準規(guī)范JJG368工作用銅-銅鎳熱電偶檢定規(guī)程3術語和定義GB11806—2019和GB/T43257.1—2023界定的以及下列術語和定義適用于本文件。熱流密度heatflux單位時間內通過物體單位面積的熱流量。熱輻射系數emissivitycoefficient實際物體(一般可視為灰體)的輻射力與同溫度下黑體輻射力的比值，恒等于同溫度下物體的吸收系數。內釋熱率internalheatgenerationrate放射性內容物單位時間衰變產生的熱量。4試驗原理將試樣置于池火、加熱爐或電熱輻射等全程平均溫度不低于800℃的高溫環(huán)境中并達到規(guī)定時間，通過營造的熱輻射環(huán)境和測量的溫度響應結果，評價其受到輻射換熱和對流換熱總熱流達到或超過其在假想烴類燃料-空氣火災事故中所受到的熱輻射和對流換熱總熱流。25試驗條件5.1大氣環(huán)境條件大氣環(huán)境條件應滿足GB/T43257.1—2023中6.1的相關規(guī)定。池火耐熱試驗過程中，風速不大于2m/s,且無降水、雷電等惡劣天氣。5.2熱環(huán)境條件各類試樣按照GB/T43257.1—2023中5.2開展耐熱試驗，試驗條件按照GB/T43257.1—2023中6.3和6.8執(zhí)行，其中使試樣暴露在熱環(huán)境中達到規(guī)定時間(如表1),該熱環(huán)境所提供的熱流密度至少相當于完全靜止的環(huán)境中烴類燃料-空氣火焰的熱流密度，給出的最小平均火焰輻射系數為0.9,平均溫度至少為800℃,試驗完全被火焰所吞沒，表面吸收系數為0.8或其在規(guī)定火焰中的實際值。表1不同類型試樣的試驗時間試樣類型試驗時間“30min(耐熱試驗)60min(強化耐熱試驗)B型貨包√——C型貨包——√六氟化鈾貨包(≥0.1kgUF?)'√易裂變材料貨包“√注：“√”表示需要進行試驗，“—”表示不需要進行試除相關文件規(guī)定外，試驗時間偏差宜控制規(guī)定時間+2min以內?！睗M足GB11806—2019中7.6.4的貨包除外。滿足GB11806—2019中7.11.6的貨包除外。6儀器設備6.1試驗裝置試驗裝置可采用GB/T43257.1—2023中7.1規(guī)定的池火、加熱爐或電熱輻射3種類型，具體選擇取決于試樣的結構與尺寸、環(huán)保要求以及可用設施。a)池火試驗裝置：使用煤油或液態(tài)丙烷等碳氫燃料開放式燃燒以營造熱環(huán)境的試驗設施。一般由燃料站、供料管道、油池或丙烷燃燒器、點火裝置及燃料控制系統(tǒng)等組成。其基本要求為：1)池火的大小應使試樣被火焰包覆厚度大于1m,但不超過3m,以確保火焰輻射系數不小于0.9;2)場地氣象宜為靜風氣候，必要時，在場地周圍設置防風柵欄和可移動式防雨棚。b)加熱爐試驗裝置：使用柴油、天然氣或液化石油氣等碳氫燃料加熱爐溫以模擬熱環(huán)境的試驗設施。一般由燃料站、供油(氣)系統(tǒng)、爐膛、排煙系統(tǒng)、點火與燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及快速裝填機構等組成。其基本要求為：1)爐膛內表面距試樣表面應不小于1m,以確保爐氣輻射系數不小于0.9;2)爐型結構應保證爐氣充滿爐膛。3c)電熱輻射試驗裝置：使用石英燈或其他加熱元件輻射金屬圍板以模擬熱環(huán)境的試驗設施。一般由高功率變電站、開關柜、電源控制系統(tǒng)、不銹鋼或鉻鎳鐵合金金屬圍板、燈板陣列及其水冷卻系統(tǒng)等組成。其基本要求為：1)應具備快速升溫能力，能使金屬圍板在1min內由室溫升至滿足熱環(huán)境條件要求的溫度；2)裝置的大小應完整包絡試樣，包括端面，以形成全圍繞輻射熱腔；3)當金屬圍板表面輻射系數小于0.9時，應采用表面處理、提高輻射溫度等措施，以確保熱流密度滿足要求。6.2測試系統(tǒng)6.2.1熱環(huán)境溫度測量宜采用K型或其他高溫型耐熱合金鎧裝熱電偶，按試樣大小確定測點數量，均勻布置在試樣周圍，其測量端距試樣表面約100mm,測點數量不宜小于6個。熱電偶產生的電信號由數據采集系統(tǒng)采集并顯示。宜采用K型或其他高溫型耐熱合金鎧裝熱電偶，按爐膛大小確定測點數量，測點數量不宜小于6個，且避開火焰的直接噴射。熱電偶產生的電信號由數據采集系統(tǒng)采集并顯示。宜采用K型或其他高溫型耐熱合金鎧裝熱電偶，其測量端用薄的耐高溫合金條覆蓋并點焊或螺接固定在金屬圍板內壁面。每組燈陣對應的金屬圍板至少均布3個測點。熱電偶產生的電信號由數據采集系統(tǒng)采集并顯示。6.2.2試樣溫度測量6.2.2.1試樣表面溫度測量宜采用K型或其他高溫型耐熱合金鎧裝熱電偶，其測量端用薄的耐高溫合金條覆蓋并點焊或螺接固定在試樣表面選定部位。熱電偶產生的電信號由數據采集系統(tǒng)采集并顯示。采用與被測溫度范圍相適應的溫度傳感器，安裝在試樣內部選定部位，其測量端至少有50mm處于等溫區(qū)，但不能因此影響試樣的性能。在允許穿孔的情況下，宜采用K型或其他高溫型耐熱合金鎧裝熱電偶，熱電偶產生的電信號由數據采集系統(tǒng)采集并顯示，否則，宜采用固態(tài)記錄器采集并存取，也可采用溫度試紙或熔融溫度指示器等來表征選定部位可達的最高溫度。6.2.3測量系統(tǒng)準確度要求傳感器和數據采集儀應滿足以下要求：——數據采集儀應按JJF1664校準合格，其準確度等級不低于0.5級；——溫度傳感器應按JJF1262、JJF1637、JJG368等校準/檢定合格，其示值誤差優(yōu)于Ⅱ級。47試樣試樣應符合GB/T43257.1—2023中第4章的相關規(guī)定，為經受力學試驗和/或擊穿-撕裂試驗后的全尺寸放射性物品運輸容器，且滿足以下要求：——試樣內模擬內容物結構尺寸、密度、比熱容、導熱系數、氣體釋放率等特性與真實內容物相近，以實現傳熱過程的真實模擬；——試樣包容系統(tǒng)內的初始壓力為最大正常工作壓力并考慮內容物全部釋放形成的總壓力，除非一個較低的內部壓力是更不利的； 采用電熱輻射裝置試驗時，應保證其外表面吸收系數不小于0.8,8試驗步驟8.1池火耐熱試驗將試樣按產品圖樣和技術文件要求進行裝配，并在試樣表面或內部安裝測溫傳感器。然后將試樣以最短尺寸方向豎直安裝在耐熱鋼支架上(除非其他方向預期損傷更大),試樣底部距燃料液面或燃燒器高度為0.6m～1m。8.1.2測試系統(tǒng)安裝聯(lián)試安裝火焰場溫度傳感器，將所有傳感器接入測試系統(tǒng)，啟動測試，按相關技術文件規(guī)定的采集頻率采集并存儲測試數據，檢查確認測試系統(tǒng)工作正常。試驗過程中，監(jiān)測試驗場地周圍風速，確認風速滿足試驗要求。按有關技術文件規(guī)定的預熱溫度，采用加溫裝置對試樣進行預熱，直至試樣達到溫度平衡。若為內釋熱試樣，應同時模擬最大設計內釋熱率下達到溫度平衡。注：若條件不具備不做預處理，但這些參數連同GB11806—2019中規(guī)定的太陽輻照度在貨包熱評價時使用經過驗證的計算模型來調整試驗結果。8.1.5.2開啟供料系統(tǒng)。若為煤油，則預先向油池注入適量的水以保證油面距試樣底部的高度在規(guī)定范圍，再注入一定高度的煤油以保證燃料持續(xù)燃燒。8.1.5.3啟動點火裝置點火，待火焰場平均溫度達到800℃時開始計算試驗時間。8.1.5.4持續(xù)供應燃料，維持池火穩(wěn)定燃燒，實時監(jiān)測風速、火焰場溫度和試樣溫度，觀察和記錄火焰包覆及試樣狀態(tài)，直至完成規(guī)定的試驗時間。8.1.5.5火焰熄滅后，試樣應原位自然冷卻，測試系統(tǒng)持續(xù)測試，直至試樣峰值溫度出現并趨于常溫。若試樣發(fā)生燃燒，應使其自然燃燒，直至熄滅。58.2加熱爐耐熱試驗將試樣按產品圖樣和技術文件要求進行裝配，并在試樣表面和內部安裝測溫傳感器。然后，將試樣安裝在耐熱鋼支架上，保證試樣高度位于加熱爐中心區(qū)域。8.2.2測試系統(tǒng)安裝聯(lián)試安裝爐溫傳感器，將所有傳感器接入測試系統(tǒng)，啟動測試，按相關技術文件規(guī)定的采集頻率采集并存儲測試數據，檢查確認測試系統(tǒng)工作正常。將爐膛加熱至熱平衡狀態(tài)，確認平均爐溫不低于800℃。按照8.1.4的規(guī)定進行預處理。8.2.5.2開啟爐門，利用快速裝料機構將試樣連同支架迅速轉移至加熱爐中心區(qū)域，待平均爐溫恢復到800℃后開始計算試驗時間。8.2.5.3持續(xù)供應燃料，維持穩(wěn)定燃燒，實時監(jiān)測爐溫和試樣溫度，觀察和記錄爐火燃燒及試樣狀態(tài)，直至完成規(guī)定的試驗時間。8.2.5.4爐膛加熱停止后，試樣應立即移出爐膛自然冷卻，測試系統(tǒng)持續(xù)測試，直至試樣峰值溫度出現并趨于常溫。若試樣發(fā)生燃燒，應使其自然燃燒，直至熄滅。8.3電熱輻射耐熱試驗將試樣按產品圖樣和技術文件要求進行裝配，并在試樣表面和內部安裝測溫傳感器。必要時，對試樣表面噴涂耐高溫涂料，確認其表面吸收系數不低于0.8。8.3.2測試系統(tǒng)安裝聯(lián)試安裝金屬圍板溫度傳感器，將所有傳感器接入測試系統(tǒng)，啟動測試，按相關技術文件規(guī)定的采集頻率采集并存儲測試數據，檢查確認測試系統(tǒng)工作正常。將試樣以最大尺寸方向(除非其他方向預期損傷更大)沿金屬圍板中心軸線安裝。開啟試驗裝置，按有關技術文件確定的預熱溫度對試樣進行預熱，直至達到溫度平衡。若為內釋熱試樣，應同時模擬最大設計內釋熱率下達到溫度平衡。8.3.4.1按照附錄A確定的金屬圍板輻射溫度啟動試驗裝置，待金屬圍板溫度均達到要求的溫度后開6GB/T43257.6—2023始計算試驗時間。8.3.4.2試驗裝置持續(xù)加載，實時監(jiān)測金屬圍板輻射溫度和試樣溫度，觀察和記錄金屬圍板及試樣狀態(tài)，直至完成規(guī)定的試驗時間。8.3.4.3加熱停止后，試樣應原位自然冷卻，測試系統(tǒng)持續(xù)測試，直至試樣峰值溫度出現并趨于常溫。若試樣發(fā)生燃燒，應使其自然燃燒，直至熄滅。8.3.4.4試樣回收、分解、檢測，提取或回讀內部測點溫度，觀察和記錄試樣狀態(tài)變化。9試驗數據處理9.1對數據采集系統(tǒng)、固態(tài)記錄器采集的有效數據繪制溫度-時間曲線，提取溫度試紙或熔融溫度指示器等表征溫度，匯總給出試樣測點的最高溫度及其呈現的時間。9.2實時給出熱環(huán)境溫度所有測點單次測量數據的算術平均值，高于規(guī)定值的時刻作為試驗開始時間，低于規(guī)定值的時刻作為試驗結束時間，期間即為試驗時間。9.3熱環(huán)境溫度以試驗時間內有效測量數據的算術平均值表示，按公式(1)計算：………(1)式中：下熱環(huán)境溫度的算術平均值，