GB/T 43257.6-2023 放射性物品运输容器安全试验方法 第6部分：耐热试验

　　ICS 13.300 CCS F 73

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43257.6—2023

　　放射性物品运输容器安全试验方法

　　第 6 部分:耐热试验

　　Safetytestmethodsfortransportpackagesofradioactivematerial—

　　Part6:Thermaltest

　　2023-11-27发布 2024-06-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43257.6—2023

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　引言 Ⅱ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 试验原理 1

　　5 试验条件 2

　　6 仪器设备 2

　　7 试样 4

　　8 试验步骤 4

　　9 试验数据处理 6

　　10 质量保证和控制 6

　　附录 A (规范性) 金属围板辐射温度 7

　　GB/T 43257.6—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件是 GB/T 43257《放射性物品运输容器安全试验方法》的第 6 部分 。 GB/T 43257 已经发布了以下部分 :

　　— 第 1部分 :总则 ;

　　— 第 6部分 :耐热试验 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国核能标准化技术委员会(SAC/TC58)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 : 中国工程物理研究院总体工程研究所 、中国辐射防护研究院 、核工业标准化研究所 、生态环境部核与辐射安全中心 、中机生产力促进中心 、中国核电工程有限公司 、上海核工程研究设计院股份有限公司 、中广核工程有限公司 、中广核研究院有限公司 。

　　本文件主要起草人 : 陈均 、李明海 、李翀 、孙洪超 、刘立坡 、靳立强 、曹芳芳 、张永新 、郝慧杰 、王炳衡 、张振雨 、潘永杰 、周有新 。

　　Ⅰ

　　GB/T 43257.6—2023

　　引 言

　　放射性物品运输容器的固有安全性是放射性物品运输安全的前提 ,需要经受正常运输条件和运输事故条件下各种试验的验证 。

　　GB/T 43257针对不同类型运输容器的各类验证试验 ,需要明确参试运输容器状态 、细化后的试验条件 、试 验 装 置 及 仪 器 设 备 、试 验 实 施 与 测 试 、数 据 处 理 方 法 、试 验 合 格 评 价 等 诸 多 具 体 内 容 , 作 为GB 11806—2019《放射性物品安全运输规程》实施的重要补充 ,使得相关试验考核更加具体化 、规范化 。因此 ,通过放射性物品运输容器安全试验方法具体指导各类运输容器开展相应验证试验对于容器的设计 、验证和评估等方面具有非常重要的意义 。

　　GB/T 43257拟由 11部分构成 。

　　— 第 1部分 :总则 。 目的在于明确放射性物品运输容器开展经受正常运输条件和运输事故条件下各种试验的通用要求 。

　　— 第 2部分 :喷水试验 。 目的在于规范指导放射性物品运输容器经受正常运输条件下的喷水试验考核 。

　　— 第 3部分 :堆积试验 。 目的在于规范指导放射性物品运输容器经受正常运输条件下的堆积试验考核 。

　　— 第 4部分 :跌落试验 。 目的在于规范指导放射性物品运输容器经受正常运输条件和运输事故条件下的自由下落 、贯穿和击穿-撕裂等试验考核 。

　　— 第 5部分 :撞击试验 。 目的在于规范指导放射性物品运输容器经受运输事故条件下的撞击试验考核 。

　　— 第 6部分 :耐热试验 。 目的在于规范指导放射性物品运输容器经受运输事故条件下的耐热和强化耐热试验考核 。

　　— 第 7部分 :水浸没试验 。 目的在于规范指导放射性物品运输容器经受运输事故条件下的水浸没和强化水浸没试验考核 。

　　— 第 8部分 :屏蔽试验 。 目的在于规范指导放射性物品运输容器经受正常运输条件和运输事故条件后的屏蔽试验 。

　　— 第 9部分 :泄漏试验 。 目的在于规范指导放射性物品运输容器经受正常运输条件和运输事故条件下的泄漏试验 。

　　— 第 10部分 :振动 试 验 。 目 的 在 于 规 范 指 导 放 射 性 物 品 运 输 容 器 运 输 振 动 效 应 的 振 动 试 验考核 。

　　— 第 11部分:热传输试验 。 目的在于规范指导放射性物品运输容器不能忽略内容物衰变热影响的热传输试验考核 。

　　GB/T 43257. 6根据热环境等效原则 ,并考虑到结构尺寸 、环保要求及可用设施等因素 ,建立了可供选择的放射性物品运输容器耐热试验的池火 、加热炉 、电热辐射 3种不同的试验方法 。耐热试验存在高温热源 ,具有固有的危险性 ,使用者有责任采取适当的安全和健康措施 ,使用与相应危害水平相符的安全程序和设备 ,确保人员和财产安全得到充分保障 。GB/T 43257. 6 和 GB/T 43257. 1《放射性物品运输容器安全试验方法 第 1部分 :总则》共同构成了适用于放射性物品运输容器取证的耐热试验方法 。

　　Ⅱ

　　GB/T 43257.6—2023

　　放射性物品运输容器安全试验方法

　　第 6 部分:耐热试验

　　1 范围

　　本文件规定了放射性物品运输容器耐热试验的试验原理 、试验条件 、仪器设备 、试样 、试验步骤 、试验数据处理 、质量保证和控制等内容 。

　　本文件适用于放射性物品运输容器的耐热试验 ,其他设备耐热试验参照执行 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB 11806—2019 放射性物品安全运输规程

　　GB/T 43257. 1—2023 放射性物品运输容器安全试验方法 第 1部分 :总则

　　JJF 1262 铠装热电偶校准规范

　　JJF 1637 廉金属热电偶校准规范

　　JJF 1664 温度显示仪校准规范

　　JJG 368 工作用铜-铜镍热电偶检定规程

　　3 术语和定义

　　GB 11806—2019和 GB/T 43257. 1—2023界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 3. 1

　　热流密度 heatflux

　　单位时间内通过物体单位面积的热流量 。

　　3.2

　　热辐射系数 emissivity coefficient

　　实际物体(一般可视为灰体)的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值 ,恒等于同温度下物体的吸收系数 。

　　3.3

　　内释热率 internalheatgenerationrate

　　放射性内容物单位时间衰变产生的热量 。

　　4 试验原理

　　将试样置于池火 、加热炉或电热辐射等全程平均温度不低于 800 ℃的高温环境中并达到规定 时间 ,通过营造的热辐射环境和测量的温度响应结果 ,评价其受到辐射换热和对流换热总热流达到或超过其在假想烃类燃料-空气火灾事故中所受到的热辐射和对流换热总热流 。

　　1

　　GB/T 43257.6—2023

　　5 试验条件

　　5. 1 大气环境条件

　　大气环境条件应满足 GB/T 43257. 1—2023中 6. 1 的相关规定 。池火耐热试验过程中 ,风速不大于2 m/s,且无降水 、雷电等恶劣天气 。

　　5.2 热环境条件

　　各类试样按照 GB/T 43257. 1—2023 中 5. 2 开展耐热试验 ,试验条件按照 GB/T 43257. 1—2023 中6. 3 和 6. 8执行 ,其中使试样暴露在热环境中达到规定时间(如表 1) ,该热环境所提供的热流密度至少相当于完全静止的环境中烃类燃料-空气火焰的热流密度 ,给出的最小平均火焰辐射系数为 0. 9,平均温度至少为 800 ℃ ,试验完全被火焰所吞没 ,表面吸收系数为 0. 8 或其在规定火焰中的实际值 。

　　表 1 不同类型试样的试验时间

　　试样类型

　　试验时间a

　　30 min(耐热试验)

　　60 min(强化耐热试验)

　　B型货包

　　√

　　—

　　C型货包

　　—

　　√

　　六氟化铀货包(≥0. 1 kgUF6 ) b

　　√

　　—

　　易裂变材料货包 c

　　√

　　—

　　注 : “√ ”表示需要进行试验 ,“— ”表示不需要进行试验 。

　　a 除相关文件规定外 ,试验时间偏差宜控制规定时间 +2 min以内 。

　　b 满足 GB 11806—2019中 7. 6. 4 的货包除外 。

　　c 满足 GB 11806—2019中 7. 11. 6 的货包除外 。

　　6 仪器设备

　　6. 1 试验装置

　　试验装置可采用 GB/T 43257. 1—2023中 7. 1规定的池火 、加热炉或电热辐射 3 种类型 ,具体选择取决于试样的结构与尺寸 、环保要求以及可用设施 。

　　a) 池火试验装置 :使用煤油或液态丙烷等碳氢燃料开放式燃烧以营造热环境的试验设施 。一般由燃料站 、供料管道 、油池或丙烷燃烧器 、点火装置及燃料控制系统等组成 。其基本要求为 :

　　1) 池火的大小应使试样被火焰包覆厚度大于 1 m ,但不超过 3 m , 以确保火焰辐射系数不小于 0. 9;

　　2) 场地气象宜为静风气候 ,必要时 ,在场地周围设置防风栅栏和可移动式防雨棚 。

　　b) 加热炉试验装置 :使用柴油 、天然气或液化石油气等碳氢燃料加热炉温以模拟热环境的试验设施 。一般由燃料站 、供油(气)系统 、炉膛 、排烟系统 、点火与燃烧系统 、控制系统及快速装填机构等组成 。其基本要求为 :

　　1) 炉膛内表面距试样表面应不小于 1 m , 以确保炉气辐射系数不小于 0. 9;

　　2) 炉型结构应保证炉气充满炉膛 。

　　2

　　GB/T 43257.6—2023

　　c) 电热辐射试验装置 :使用石英灯或其他加热元件辐射金属围板以模拟热环境的试验设施 。一般由高功率变电站 、开关柜 、电源控制系统 、不锈钢或铬镍铁合金金属围板 、灯板阵列及其水冷却系统等组成 。其基本要求为 :

　　1) 应具备快速升温能力 ,能使金属围板在 1 min内由室温升至满足热环境条件要求的温度 ;

　　2) 装置的大小应完整包络试样 ,包括端面 , 以形成全围绕辐射热腔 ;

　　3) 当金属围板表面辐射系数小于 0. 9 时 ,应采用表面处理 、提高辐射温度等措施 , 以确保热流密度满足要求 。

　　6.2 测试系统

　　6.2. 1 热环境温度测量

　　6.2. 1. 1 池火温度

　　宜采用 K 型或其他高 温 型 耐 热 合 金 铠 装 热 电 偶,按 试 样 大 小 确 定 测 点 数 量 , 均 匀 布 置 在 试 样 周围 ,其测量端距试样表面约 100 mm ,测点数量不宜小于 6个 。热电偶产生的电信号由数据采集系统采集并显示 。

　　6.2. 1.2 加热炉炉温

　　宜采用 K 型或其他高温型耐热合金铠装热电偶,按炉膛大小确定测点数量 ,测点数量不宜小于 6个 ,且避开火焰的直接喷射 。热电偶产生的电信号由数据采集系统采集并显示 。

　　6.2. 1.3 金属围板辐射温度

　　宜采用 K 型或其他高温型耐热合金铠装热电偶,其测量端用薄的耐高温合金条覆盖并点焊或螺接固定在金属围板内壁面 。每组灯阵对应的金属围板至少均布 3个测点 。热电偶产生的电信号由数据采集系统采集并显示 。

　　6.2.2 试样温度测量

　　6.2.2. 1 试样表面温度测量

　　宜采用 K 型或其他高温型耐热合金铠装热电偶,其测量端用薄的耐高温合金条覆盖并点焊或螺接固定在试样表面选定部位 。热电偶产生的电信号由数据采集系统采集并显示 。

　　6.2.2.2 试样内部温度测量

　　采用与被测温度范围相适应的温度传感器 ,安装在试样内部选定部位 ,其测量端至少有 50 mm 处于等温区 ,但不能因此影响试样的性能 。在允许穿孔的情况下 ,宜采用 K 型或其他高温型耐热合金铠装热电偶,热电偶产生的电信号由数据采集系统采集并显示 ,否则 ,宜采用固态记录器采集并存取 ,也可采用温度试纸或熔融温度指示器等来表征选定部位可达的最高温度 。

　　6.2.3 测量系统准确度要求

　　传感器和数据采集仪应满足以下要求 :

　　— 数据采集仪应按 JJF 1664校准合格 ,其准确度等级不低于 0. 5 级 ;

　　— 温度传感器应按 JJF 1262、JJF 1637、JJG 368等校准/检定合格 ,其示值误差优于 Ⅱ级 。

　　3

　　GB/T 43257.6—2023

　　7 试样

　　试样应符合 GB/T 43257. 1—2023中第 4章的相关规定 ,为经受力学试验和/或击穿-撕裂试验后的全尺寸放射性物品运输容器 ,且满足以下要求 :

　　— 试样内 模 拟 内 容 物 结 构 尺 寸 、密 度 、比 热 容 、导 热 系 数 、气 体 释 放 率 等 特 性 与 真 实 内 容 物 相近 , 以实现传热过程的真实模拟 ;

　　— 试样包容系统内的初始压力为最大正常工作压力并考虑内容物全部释放形成的总压力 , 除非一个较低的内部压力是更不利的 ;

　　— 采用电热辐射装置试验时 ,应保证其外表面吸收系数不小于 0. 8。

　　8 试验步骤

　　8. 1 池火耐热试验

　　8. 1. 1 装配和安装

　　将试样按产品图样和技术文件要求进行装配 ,并在试样表面或内部安装测温传感器 。然后将试样以最短尺寸方向竖直安装在耐热钢支架上(除非其他方向预期损伤更大) ,试样底部距燃料液面或燃烧器高度为 0. 6 m~ 1 m。

　　8. 1.2 测试系统安装联试

　　安装火焰场温度传感器 ,将所有传感器接入测试系统 ,启动测试 ,按相关技术文件规定的采集频率采集并存储测试数据 ,检查确认测试系统工作正常 。

　　8. 1.3 风速监测

　　试验过程中 ,监测试验场地周围风速 ,确认风速满足试验要求 。

　　8. 1.4 预处理

　　按有关技术文件规定的预热温度 ,采用加温装置对试样进行预热,直至试样达到温度平衡 。若为内释热试样 ,应同时模拟最大设计内释热率下达到温度平衡 。

　　注 : 若条件不具备不做预处理 ,但这些参数连同 GB11806—2019中规定的太阳辐照度在货包热评价时使用经过验证的计算模型来调整试验结果 。

　　8. 1.5 试验

　　8. 1.5. 1 停止预处理 ,快速移除加温装置 。

　　8. 1.5.2 开启供料系统 。若为煤油 ,则预先向油池注入适量的水以保证油面距试样底部的高度在规定范围 ,再注入一定高度的煤油以保证燃料持续燃烧 。

　　8. 1.5.3 启动点火装置点火 ,待火焰场平均温度达到 800 ℃时开始计算试验时间 。

　　8. 1.5.4 持续供应燃料 ,维持池火稳定燃烧 ,实时监测风速 、火焰场温度和试样温度 ,观察和记录火焰包覆及试样状态 ,直至完成规定的试验时间 。

　　8. 1.5.5 火焰熄灭后 ,试样应原位自然冷却 ,测试系统持续测试 , 直至试样峰值温度出现并趋于常温 。若试样发生燃烧 ,应使其自然燃烧 ,直至熄灭 。

　　8. 1.5.6 试样回收 、分解 、检测 ,提取或回读内部测点温度 ,观察和记录试样状态变化 。

　　4

　　GB/T 43257.6—2023

　　8.2 加热炉耐热试验

　　8.2. 1 装配和安装

　　将试样按产品图样和技术文件要求进行装配 ,并在试样表面和内部安装测温传感器 。然后 ,将试样安装在耐热钢支架上 ,保证试样高度位于加热炉中心区域 。

　　8.2.2 测试系统安装联试

　　安装炉温传感器 ,将所有传感器接入测试系统 ,启动测试 ,按相关技术文件规定的采集频率采集并存储测试数据 ,检查确认测试系统工作正常 。

　　8.2.3 加热炉预热

　　将炉膛加热至热平衡状态 ,确认平均炉温不低于 800 ℃ 。

　　8.2.4 预处理

　　按照 8. 1. 4 的规定进行预处理 。

　　8.2.5 试验

　　8.2.5. 1 停止预处理 ,快速移除加温装置 。

　　8.2.5.2 开启炉门 ,利用快速装料机构将试样连同支架迅速转移至加热炉中心区域 ,待平均炉温恢复到800 ℃后开始计算试验时间 。

　　8.2.5.3 持续供应燃料 ,维持稳定燃烧 ,实时监测炉温和试样温度 ,观察和记录炉火燃烧及试样状态 ,直至完成规定的试验时间 。

　　8.2.5.4 炉膛加热停止后 ,试样应立即移出炉膛自然冷却 ,测试系统持续测试 ,直至试样峰值温度出现并趋于常温 。若试样发生燃烧 ,应使其自然燃烧 ,直至熄灭 。

　　8.2.5.5 试样回收 、分解 、检测 ,提取或回读内部测点温度 ,观察和记录试样状态变化 。

　　8.3 电热辐射耐热试验

　　8.3. 1 装配

　　将试样按产品图样和技术文件要求进行装配 ,并在试样表面和内部安装测温传感器 。必要时 ,对试样表面喷涂耐高温涂料 ,确认其表面吸收系数不低于 0. 8。

　　8.3.2 测试系统安装联试

　　安装金属围板温度传感器 ,将所有传感器接入测试系统 ,启动测试 ,按相关技术文件规定的采集频率采集并存储测试数据 ,检查确认测试系统工作正常 。

　　8.3.3 预处理

　　将试样以最大尺 寸 方 向(除 非 其 他 方 向 预 期 损 伤 更 大) 沿 金 属 围 板 中 心 轴 线 安 装 。 开 启 试 验 装置 ,按有关技术文件确定的预热温度对试样进行预热,直至达到温度平衡 。若为内释热试样 ,应同时模拟最大设计内释热率下达到温度平衡 。

　　8.3.4 试验

　　8.3.4. 1 按照附录 A确定的金属围板辐射温度启动试验装置 ,待金属围板温度均达到要求的温度后开

　　5

　　GB/T 43257.6—2023

　　始计算试验时间 。

　　8.3.4.2 试验装置持续加载 ,实时监测金属围板辐射温度和试样温度 , 观察和记录金属围板及试样状态 ,直至完成规定的试验时间 。

　　8.3.4.3 加热停止后 ,试样应原位自然冷却 ,测试系统持续测试 , 直至试样峰值温度出现并趋于常温 。若试样发生燃烧 ,应使其自然燃烧 ,直至熄灭 。

　　8.3.4.4 试样回收 、分解 、检测 ,提取或回读内部测点温度 ,观察和记录试样状态变化 。

　　9 试验数据处理

　　9. 1 对数据采集系统 、固态记录器采集的有效数据绘制温度-时间曲线 ,提取温度试纸或熔融温度指示器等表征温度 ,汇总给出试样测点的最高温度及其呈现的时间 。

　　9.2 实时给出热环境温度所有测点单次测量数据的算术平均值 , 高于规定值的时刻作为试验开始时间 ,低于规定值的时刻作为试验结束时间 ,期间即为试验时间 。

　　9.3 热环境温度以试验时间内有效测量数据的算术平均值表示 ,按公式(1)计算 :

　　…………………………( 1 )

　　式 中 :

　　T — 热环境温度的算术平均值 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　m — 热环境温度有效测点数量 ;

　　n — 热环境温度测量次数 ;

　　Tij — 热环境温度测量值 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　j= 1,2,3, … ,n,热环境温度测量次数 。

　　i= 1,2,3, … ,m,热环境温度有效测点数量 ;

　　10 质量保证和控制

　　按照 GB/T 43257. 1—2023中第 10章要求执行 ,特定要求如下 。

　　— 铠装热电偶应采用高纯度矿物绝缘材料 , 防止其电阻率在高温下下降而引起热电偶分流 ,导致测量结果异常 。

　　— 试验过程中 ,可能发生非理想加载事件 。如果出现在早期 ,试样未发生不可逆破坏 ,应终止试验 、修复问题 、重新预处理再开始试验 ;否则 ,及时采取调整措施 ,继续完成试验 ,然后视影响情况确定是否需要进行补充试验 。

　　6

　　GB/T 43257.6—2023

　　附 录 A

　　(规范性)

　　金属围板辐射温度

　　根据热环境条件 , 由公式(A. 1)求得 q,再由公式(A. 2)求得 Tb :

　　q ………………( A. 1 )

　　Tb

　　式中 :

　　q — 热流密度 ,单位为瓦每平方米(W/m2 ) ;

　　Tp — 试样表面温度 ,单位为开尔文(K)(Tp=311) ;

　　T(σ)f —————— 火焰(Stef)a温(n)-度(B)o单位(tzm)a为(nn)开(常)尔(数)文,单(K(位))为(T(瓦)f107(方米)次;方开尔文[W/(m2 ·K4)](σ=5.67×10-8) ;

　　h — 对流换热系数 ,单位为瓦平方米开尔文[W/(m2 · K)](h≈10) ;

　　εp — 试样表面吸收系数 ;

　　εf — 火焰辐射系数 , (εf=0. 9) ;

　　Tb — 金属围板温度 ,单位为开尔文(K) ;

　　Ap — 试样表面积 ,单位为平方米(m2 ) ;

　　Ab — 金属围板表面积 ,单位为平方米(m2 ) ;

　　εb — 金属围板表面辐射系数 。