楊明山

摘 要：核電工程工藝復(fù)雜、對放射性物質(zhì)釋放控制極其嚴(yán)格，在核級管道工程中采用氦氣檢漏技術(shù)能夠準(zhǔn)確有效的檢測工藝系統(tǒng)嚴(yán)密性，從而保障核電安全運(yùn)行與人們的健康。本文重點介紹了氦氣檢漏技術(shù)的正壓吸槍法、正壓氦罩法、真空噴氦法和真空氦罩法的檢測工藝及其優(yōu)缺點，并選擇正壓吸槍法和真空噴氦法對在核電管道工程泄漏性檢測中如何應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：氦氣檢漏技術(shù)；核電；管道工程

中圖分類號： TL4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）25-67-2

0 引言

核電工程工藝復(fù)雜、系統(tǒng)繁多，對放射性物質(zhì)釋放量控制極其嚴(yán)格，其中核級管道系統(tǒng)安裝質(zhì)量直接關(guān)系到核電站的安全運(yùn)行與人們的健康，在其安裝完成后需要進(jìn)行泄露性檢測，以發(fā)現(xiàn)可能存在的微小泄漏，以保證工藝系統(tǒng)在運(yùn)行期間的嚴(yán)密性。氦氣檢漏技術(shù)以氦氣作為示蹤氣體的無損檢測技術(shù)，相較于其他檢漏技術(shù)具有靈敏度高、檢測速度快、定位準(zhǔn)確的特點，檢測靈敏度可以高達(dá)10-12Pa.m3/s，響應(yīng)時間可以縮短至3秒；此外，氦氣還具有無毒、無破壞性和質(zhì)量輕的特點，應(yīng)用可靠安全。因此，氦氣檢漏技術(shù)非常適用于核電工程管道系統(tǒng)的泄漏性檢測。

1 氦氣檢漏技術(shù)的主要方法

氦氣檢漏技術(shù)由于應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用對象不同，其分類方式也有所不同，按照檢測過程中氦氣的流向可劃分為正壓法檢漏和真空法檢漏，現(xiàn)分別介紹如下：

1.1 正壓法檢漏

正壓法是對被檢對象內(nèi)充入一定壓力的氦氣或氦氣混合氣體（一般以氮?dú)庾鳛榛旌铣煞郑诒粰z對象內(nèi)外形成壓差，當(dāng)被檢對象表面存在漏孔或縫隙時，氦氣就會在壓差的條件下通過漏孔或縫隙進(jìn)入被檢對象外表面，從而實現(xiàn)對被檢對象的泄漏檢測。按照泄漏氦氣收集方式的不同，正壓法又可分為正壓吸槍法和正壓氦罩法。

①正壓吸槍法

正壓吸槍法采用檢漏儀吸槍對被檢對象外表面直接進(jìn)行掃查，實現(xiàn)對泄漏部位的精確定位，如圖1所示。該方法是一種即可以定性又可以定位的方法，檢測靈敏度高、操作簡單，適用于大型設(shè)備或系統(tǒng)的泄漏檢測。

②正壓氦罩法

正壓氦罩法采用一個密閉的箱體將被檢對象整體罩起來，然后使用檢漏儀吸槍測量一定時間內(nèi)氦罩內(nèi)氦氣濃度變化量，實現(xiàn)對被檢對象漏率的精確測量，如圖2所示。氦罩累積法的優(yōu)點是可以實現(xiàn)對微小泄漏的檢測，但對于檢測部位較多則無法同時對漏點進(jìn)行定位，比較使用于單一設(shè)備且表面積不大的被檢對象。

1.2 真空法檢漏

真空法是利用真空泵將被檢對象內(nèi)部抽成真空，然后在被檢對象外表面施加氦氣，當(dāng)被檢對象表面有漏孔時，氦氣就會通過漏孔進(jìn)入被檢對象內(nèi)部，再進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀，從而實現(xiàn)被檢對象泄漏檢測。按照施加氦氣方法的不同，可以將真空法分為真空噴氦法和真空氦罩法。

①真空噴氦法

真空噴氦法采用噴槍向被檢對象外表面噴吹氦氣，可以實現(xiàn)漏孔的精確定位，如圖3所示。該方法是一種定性檢測技術(shù)，操作簡單，可以檢測復(fù)雜和大型設(shè)備。

②真空氦罩法

真空氦罩法采用一個密閉的箱體將罩將被檢對象整體罩起來，在罩內(nèi)充滿一定濃度的氦氣，可以實現(xiàn)被檢對象總漏率的測量，如圖4所示。該方法可以直接測定被檢對象的泄漏情況，但無法實現(xiàn)對泄漏位置的準(zhǔn)確定位。

2 氦氣泄漏技術(shù)在核電管道工程中的應(yīng)用

構(gòu)成核電工藝系統(tǒng)的管道工程長達(dá)數(shù)萬米，而其中的核級管道系統(tǒng)由于關(guān)乎核電的運(yùn)行安全，其施工質(zhì)量要求極其嚴(yán)格，管道系統(tǒng)中的焊口、閥門填料函、儀表接口、設(shè)備接口、法蘭連接處是最易出現(xiàn)泄漏的位置，而常規(guī)的氣壓試驗或水壓試驗手段，對于微小的泄漏往往難以發(fā)現(xiàn)，氦氣作為示蹤氣體具有極高的靈敏度且具有無腐蝕的特點，氦氣檢漏技術(shù)為核電工藝系統(tǒng)的泄露性檢測提供了更為可靠的無損檢測手段?，F(xiàn)針對其具體的檢測方法應(yīng)用予以闡述。

2.1 檢測方法選擇

核電管道工程中的氦氣檢漏方法，考慮到管道系統(tǒng)分布廣、檢測點繁多，可主要選擇正壓吸槍法和真空噴氦法。在對管道系統(tǒng)進(jìn)行氦氣檢漏前，應(yīng)按照設(shè)計要求對被檢對象進(jìn)行充壓或抽真空，然后使用氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行檢測。

2.2 檢測先決條件

①檢測人員

負(fù)責(zé)氦氣檢漏工作的人員應(yīng)按《民用核安全設(shè)備無損檢驗人員資格管理規(guī)定》（HAF602）的要求通過培訓(xùn)、考核并確定相應(yīng)的資格。取得1級檢測資格的人員只允許實施檢測操作（不包括判定），取得2級資格以上的人員允許檢測的實施以及檢測結(jié)果判定與編寫報告。

②檢驗設(shè)備

用于檢測的氦氣質(zhì)譜儀、計量器具和儀器等應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定且合格；確定好參考漏孔的安裝部位，并將標(biāo)準(zhǔn)漏孔盡可能地安裝在測試回路中對檢漏儀響應(yīng)最不利的部位。

③檢測氣體

示蹤氣體采用工業(yè)氦氣，符合GB4844.2-1995，純度≥99.99%；用于混合的氣體采用工業(yè)氮?dú)?，符合GB/T8979-2008，純度≥99.99%。

④檢測環(huán)境

檢漏儀工作條件應(yīng)滿足溫度5℃～35℃、濕度≤80%，附件無強(qiáng)電磁場、無劇烈震動、無腐蝕氣體，被檢管道系統(tǒng)的內(nèi)外表面均應(yīng)清洗、除油脂、并充分干燥與清潔，確保無妨礙檢測準(zhǔn)確度的污物。

⑤被檢管道系統(tǒng)

被檢管道系統(tǒng)的管道及其組成件全部按設(shè)計文件完成安裝并驗收合格；常規(guī)的管道系統(tǒng)壓力試壓合格并完成系統(tǒng)吹掃。將被檢管道系統(tǒng)的開口處及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和測量裝置使用閥門或盲板封堵，密封用材料應(yīng)不含示蹤氣體。

⑥檢測工作文件

檢測前應(yīng)編制相應(yīng)的技術(shù)方案，明確被檢管道系統(tǒng)邊界、系統(tǒng)流程、封堵措施、檢測方法、檢測步驟與合格標(biāo)準(zhǔn)等；同時還應(yīng)編制用于控制檢測工作開展的質(zhì)量計劃，使檢測過程與結(jié)果處于受控。

2.3 正壓吸槍法檢測方法

①系統(tǒng)充壓

首次充壓之前，應(yīng)對管道系統(tǒng)部分抽真空，以盡可能去除管道內(nèi)殘余的水分和雜質(zhì)氣體。然后采用氦氣-氮?dú)饣旌蠚怏w作為加壓氣體，氦氣的濃度在設(shè)計壓力下的體積百分比應(yīng)不低于10%，充氣壓力為被檢系統(tǒng)的設(shè)計壓力。

向管道系統(tǒng)加壓時應(yīng)逐級緩慢升壓，首先向系統(tǒng)逐步通入體積百分比至少10%的純氦氣，氦氣達(dá)到預(yù)定量后，再逐步充入氮?dú)庵敝猎囼瀴毫?，然后保壓時間至少30min以上。

②儀器校準(zhǔn)

在將氦質(zhì)譜檢漏儀吸槍與儀器連接后、進(jìn)行檢測前的系統(tǒng)校準(zhǔn)時，應(yīng)將吸槍嘴在校準(zhǔn)漏孔上掃查。掃查時，吸槍嘴與標(biāo)準(zhǔn)漏孔應(yīng)保持3mm以內(nèi)，對被檢系統(tǒng)的掃查速率不應(yīng)超過能檢出標(biāo)準(zhǔn)漏孔泄露的速率。

在系統(tǒng)校準(zhǔn)時，應(yīng)觀察出現(xiàn)一個指示信號以及使儀器輸出達(dá)到穩(wěn)定所需的時間，通常希望這個時間盡可能短，以減少確定泄露位置所需的時間。

③泄漏檢測

檢測場所應(yīng)避免過度通風(fēng)而使檢測所要求的靈敏度降低。檢測時使用噴槍嘴對被檢表面進(jìn)行掃查，距離保持在6mm以內(nèi)，如果系統(tǒng)校準(zhǔn)時采用更小的距離，則掃查時的距離不小于該距離。

檢測時，應(yīng)巡回檢測系統(tǒng)內(nèi)的所有管線和設(shè)備，包括設(shè)備法蘭連接區(qū)、閥門填料函、螺紋連接處、排氣閥、儀表管、管道焊縫等所有密封點。

計算被檢位置的漏率Q，小于設(shè)計容許的最大漏率，則該區(qū)域認(rèn)定為合格；否則，應(yīng)進(jìn)行標(biāo)記返修。

2.4 真空噴氦法檢測方法

①系統(tǒng)抽真空

要對被檢測系統(tǒng)進(jìn)行吹掃干燥，干燥的溫度和時間要保證符合要求，溫度應(yīng)當(dāng)<60℃，時間應(yīng)當(dāng)>2小時，干燥結(jié)束后要啟動真空泵，將被檢系統(tǒng)抽成真空。

②儀器校準(zhǔn)

將真空泵的抽氣速率保持穩(wěn)定，在壓力小于10Pa的狀態(tài)下，連通檢漏儀質(zhì)譜室和被檢測的系統(tǒng)，并將質(zhì)譜儀調(diào)整到檢測狀態(tài)，對檢測系統(tǒng)內(nèi)的氦氣本底數(shù)值進(jìn)行測定。

將參考漏孔打開，使氦氣進(jìn)入被檢系統(tǒng)之中，質(zhì)譜儀會顯示出氦峰的變化值，測定參考漏孔的數(shù)值和系統(tǒng)反應(yīng)時間。然后關(guān)閉參考漏孔，記錄質(zhì)譜儀穩(wěn)定的時間，并記錄二次本底數(shù)值。

③檢測

當(dāng)系統(tǒng)在10Pa的狀態(tài)下實施檢測，用氦氣噴槍向系統(tǒng)的檢測部位引入氦氣，并運(yùn)用氦濃度儀設(shè)備測出密封部位的氦氣濃度CHe，要使氦氣濃度CHe≥10%，記錄該濃度狀態(tài)下的時間T1。

從T1時間段開始到檢測確定系統(tǒng)是否泄漏的時間T2的過程中，T2的響應(yīng)時間至少應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)反應(yīng)時間的3倍，同時，其響應(yīng)的時間應(yīng)當(dāng)至少持續(xù)10分鐘，如果在T2時間段之內(nèi)，檢漏儀沒有出現(xiàn)讀數(shù)的變化，則證實這個檢測部位沒有泄漏的問題。相反，如果在這個T2時間段之內(nèi)，質(zhì)譜儀出現(xiàn)了讀數(shù)變化，則說明被檢測部位有泄漏現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

目前，我國的核電建設(shè)事業(yè)正在蓬勃發(fā)展，“走出去”的步伐也在加快，核電建設(shè)質(zhì)量是保證核電安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。氦氣檢漏技術(shù)是一種高效、快捷、準(zhǔn)確的無損檢測方式，具有其他檢測方法無可比擬的優(yōu)勢特征，氦氣檢漏技術(shù)在核電管道工程中的應(yīng)用，為核電工藝系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了重要保障。此外，由于核電系統(tǒng)與設(shè)備的復(fù)雜性，氦氣檢漏技術(shù)應(yīng)用時應(yīng)充分了被檢對象的結(jié)構(gòu)和特征，依照相關(guān)的設(shè)計技術(shù)要求，選擇有針對性的檢測方法，方能實施更為準(zhǔn)確、有效的檢測。

參 考 文 獻(xiàn)

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