,,

(蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004)

氦檢主要通過氦質(zhì)譜儀來實現(xiàn)檢測，是精度較高的檢漏技術(shù)。氦質(zhì)譜儀的原理是：在高真空工作環(huán)境下，不同質(zhì)量的氣體分子變成離子，而后在電磁場中運動并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不同質(zhì)量的離子彼此分開；同時設(shè)置一個留有狹縫的擋板，僅允許氦離子流通過并被接收，根據(jù)探測到的氦濃度的變化來判斷被測元件的泄漏情況[1]。

氦氣在空氣中含量極少、分子質(zhì)量小，具有易穿過漏孔、不腐蝕設(shè)備、不易被吸附等優(yōu)點[1]，常用作示蹤氣體。

氦檢最常用的方法有“吸槍法”和“真空法”[1]，兩種方法都以探測出的氦氣濃度超過本底濃度作為判斷泄漏的依據(jù)?！拔鼧尫ā睙o法進行絕對泄漏率的計算，只能定性判斷是否泄漏；“真空法”既可以定性判斷是否泄漏，又可以通過標(biāo)準(zhǔn)漏孔進行絕對泄漏率的計算。

“吸槍法”就是將被測元件內(nèi)部充以一定壓力的氦氣，然后用吸槍在被測元件外表面進行探索，“吸槍法”氦檢原理示意如圖1所示。當(dāng)被測元件外表面存在漏孔時，氦氣通過漏孔向外逸出。當(dāng)吸槍在漏孔位置附近時，泄漏出來的氦氣隨同周圍空氣一起被吸槍吸入到質(zhì)譜室中，通過氦氣濃度顯示的變化來發(fā)現(xiàn)和定位缺陷。

圖1 “吸槍法”氦檢原理示意

“真空法”是通過真空泵將被測件抽一定的真空，將被測元件與氦質(zhì)譜儀直接連接。對被測元件進行泄漏檢測前，利用標(biāo)準(zhǔn)漏孔進行校準(zhǔn)；使用噴槍將氦氣噴到被測元件疑似泄漏點，通過質(zhì)譜儀示數(shù)的變化進行泄漏點定位及絕對泄漏率的計算，“真空法”氦檢原理示意如圖2所示。

圖2 “真空法”氦檢原理示意

氦檢技術(shù)具有精度高、定位快的優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于常規(guī)火力發(fā)電、化工行業(yè)及核電運行檢修等領(lǐng)域，多次成功解決了真空系統(tǒng)的密封性異常[2]、冷凝器鈦管泄漏[3]、蒸汽發(fā)生器傳熱管泄漏檢查[4]、發(fā)電機及附屬系統(tǒng)整體氣密性試驗不合格等專業(yè)問題。

筆者研究出了適用于不銹鋼覆面復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氦檢方法，成功解決了陽江核電裝罐池不銹鋼覆面的泄漏問題，為后續(xù)解決反應(yīng)堆水池、乏燃料水池、燃料傳輸池等類似結(jié)構(gòu)的泄漏問題提供了參考。

1 相關(guān)換料水池的檢漏背景

大亞灣核電某機組反應(yīng)堆水池在大修換料期間，反應(yīng)堆不銹鋼覆面曾出現(xiàn)泄漏異常，經(jīng)過數(shù)次大修期間的目視、滲透檢查等檢漏手段，未徹底解決該異常；秦山核電某機組也出現(xiàn)類似反應(yīng)堆水池檢漏管漏水的現(xiàn)象，電站未實施不銹鋼覆面檢漏，而是采用逐步更換反應(yīng)堆水池不銹鋼覆面的技術(shù)方案，最終反應(yīng)堆水池不銹鋼覆面滴水問題得到有效治理；陽江核電某機組乏燃料水池在安裝調(diào)試階段，其引漏管也曾出現(xiàn)滴漏現(xiàn)象，經(jīng)過土建、化學(xué)及性能試驗等多個技術(shù)團隊聯(lián)合分析診斷，最終確定該機組乏燃料水池不銹鋼覆面完好。

控制區(qū)內(nèi)換料相關(guān)水池不銹鋼覆面的泄漏會帶來放射性的水異常排放、放射性液體污染擴散、人員表面沾污等風(fēng)險。因此，控制區(qū)內(nèi)換料相關(guān)水池出現(xiàn)類似缺陷時，需盡快采取較高精度的檢漏措施來定位缺陷位置，消除缺陷，降低放射性液體污染擴散的風(fēng)險。

2 相關(guān)換料水池的結(jié)構(gòu)

核電站相關(guān)換料水池是由乏燃料水池、傳輸水池、裝罐池和反應(yīng)堆水池等一系列結(jié)構(gòu)類似的水池，通過不同的水閘門、傳輸通道等組成的有機整體。為了確保核電控制區(qū)內(nèi)反應(yīng)堆水池、乏燃料水池、裝罐池等水池內(nèi)的水不向外滲透，上述水池基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)均為混凝土，水池內(nèi)壁為不銹鋼覆面整體。覆面整體由許多塊不銹鋼覆面或角鋼組成，在不銹鋼覆面之間或覆面與角鋼之間通過對接焊焊接密封。

不銹鋼覆面下方為混凝土，在焊縫下方為兩塊寬度不同、對扣在一起的槽鋼，其橫截面結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。凹槽向下且寬度較小的槽鋼上方就是不銹鋼覆面的拼接處，拼接的不銹鋼覆面之間留有縫隙，以槽鋼作為支撐，在不銹鋼覆面之間的縫隙處進行填充焊接。如果焊縫出現(xiàn)裂紋、縫隙等貫穿性缺陷，乏燃料水池、裝罐池和燃料傳輸艙內(nèi)的水就會進入引漏槽，在相應(yīng)水池的引漏管出現(xiàn)滴水現(xiàn)象，提示不銹鋼覆面出現(xiàn)缺陷。

圖3 不銹鋼支撐橫截面結(jié)構(gòu)示意

3 相關(guān)換料水池的氦檢漏方案

由于核電控制區(qū)內(nèi)水池及不銹鋼覆面的結(jié)構(gòu)特殊，無法對鋼覆面下方引漏槽內(nèi)的空間進行充壓或抽真空。充氦太多會導(dǎo)致鋼覆面下方空間承壓，與運行期間池內(nèi)滿水時承壓方向相反，容易造成鋼覆面鼓包、焊縫破損等破壞；鋼覆面下方引漏槽空間較大，且混凝土局部存在微小縫隙，使用真空泵抽真空無法保持穩(wěn)定，達不到氦質(zhì)譜儀質(zhì)譜室的工作條件。因此，氦檢漏常用的“吸槍法”和“真空法”均無法在此類結(jié)構(gòu)上實施，國內(nèi)缺乏核電控制區(qū)內(nèi)換料相關(guān)水池不銹鋼覆面氦檢的實施經(jīng)驗。法國電力公司作為技術(shù)先進的核電運營技術(shù)公司，為法國、日本等多個國家核電水池不銹鋼覆面實施過氦檢，具備控制區(qū)內(nèi)水池不銹鋼覆面的氦檢技術(shù)。

蘇州熱工研究院有限公司性能試驗技術(shù)團隊從設(shè)備結(jié)構(gòu)、風(fēng)險等角度出發(fā)，通過反復(fù)論證與試驗，克服了不銹鋼覆面不能反向承壓、引漏槽空間無法抽真空等難點，研究出了適用于核電反應(yīng)堆水池不銹鋼覆面等類似結(jié)構(gòu)的氦檢漏方法，即通過水池下方檢漏管定壓定量注入氦氣，在不銹鋼覆面上表面焊縫處利用“吸槍法”進行檢漏。這樣既保證了不銹鋼覆面下方空間內(nèi)的氦氣濃度，又不使不銹鋼覆面反向承壓，相關(guān)換料水池氦檢原理示意如圖4所示。

圖4 相關(guān)換料水池氦檢原理示意

實踐證明，該技術(shù)方案能夠應(yīng)用于核電換料相關(guān)水池不銹鋼覆面的檢漏，能夠檢測核電控制區(qū)內(nèi)水池不銹鋼覆面及焊縫的缺陷。

4 實際檢漏案例

2014年10月，陽江核電某機組運行人員現(xiàn)場巡檢時發(fā)現(xiàn)乏燃料裝罐池不銹鋼覆面泄漏監(jiān)測管道滴漏，檢查了周圍地溝及附近房間的混凝土和管道，未發(fā)現(xiàn)有硼水泄漏跡象，排除了其他可能因素，確定了裝罐池不銹鋼覆面存在缺陷。

根據(jù)上述檢漏技術(shù)方案，對裝罐池不銹鋼覆面焊縫逐步進行檢漏。檢漏前，對周圍環(huán)境進行本底測量，測量數(shù)據(jù)約為2.0×10-6Pa·m3·s-1；測試響應(yīng)時間約為15 s。

檢漏過程中，共發(fā)現(xiàn)4處焊縫位置檢漏數(shù)據(jù)存在明顯升高，分別命名A,B,C,D點，A,B,D點在裝罐池底部排水槽區(qū)域，C點在裝罐池與乏燃料水池水閘門邊緣焊縫上，泄漏處缺陷位置如圖5所示。

圖5 某機組裝罐池不銹鋼覆面泄漏處缺陷位置

4.1 檢漏數(shù)據(jù)

4.1.1 A點檢漏數(shù)據(jù)

A點檢漏數(shù)據(jù)如圖6所示，通過對A點進行初檢和復(fù)檢，兩次測量結(jié)果均超過本底(環(huán)境氦氣濃度的測量值)上漲的穩(wěn)定示值，上漲幅度超過本底1個數(shù)量級，說明A點位置存在貫穿性缺陷。

圖6 某機組裝罐池不銹鋼覆面A點檢漏數(shù)據(jù)

4.1.2 B點檢漏數(shù)據(jù)

B點檢漏數(shù)據(jù)如圖7所示，通過對B點進行初檢和復(fù)檢，兩次測量結(jié)果均超過本底上漲的穩(wěn)定示值，上漲幅度較大，超過本底1個數(shù)量級，說明B點位置存在貫穿性缺陷。

圖7 某機組裝罐池不銹鋼覆面B點檢漏數(shù)據(jù)

4.1.3 C點檢漏數(shù)據(jù)

C點檢漏數(shù)據(jù)如圖8所示，通過對C點進行初檢和復(fù)檢，兩次測量結(jié)果均超過本底上漲的穩(wěn)定示值，上漲幅度超過本底1個數(shù)量級，說明C點位置存在貫穿性缺陷。

圖8 某機組裝罐池不銹鋼覆面C點檢漏數(shù)據(jù)

4.1.4 D點檢漏數(shù)據(jù)

圖9為D點檢漏數(shù)據(jù)，示值比本底高3個數(shù)量級左右，上漲幅度較大，后經(jīng)過滲透檢查證實，該缺陷為明顯裂紋。

圖9 某機組裝罐池不銹鋼覆面D點檢漏數(shù)據(jù)

圖10 某機組裝罐池不銹鋼覆面C點處理后的檢漏數(shù)據(jù)

4.2 漏點再鑒定數(shù)據(jù)

通過氦檢手段，確定了裝罐池存在4處缺陷。進行處理后，對上述缺陷進行了檢漏再鑒定工作。圖10為對C點處理后的檢漏數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)基本沒有變化，說明C點缺陷處理完好；由于A，B，D 3個漏點位置比較接近，所以一次完成再鑒定，圖11為A，B，D 3個漏點的再鑒定結(jié)果，數(shù)據(jù)基本沒有變化，說明A，B，D 3個漏點缺陷處理完好。

圖11 某機組裝罐池不銹鋼覆面A，B，D 3個漏點處理后的檢漏數(shù)據(jù)

4.3 結(jié)果

裝罐池經(jīng)過15 d的充水驗證，未再次發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，裝罐池滴水問題得以解決，通過實踐證明上述氦檢方法在類似水池不銹鋼覆面檢漏上是可行的。

5 結(jié)語

對陽江核電裝罐池不銹鋼覆面焊縫的氦檢案例拓展了氦檢在核電領(lǐng)域的應(yīng)用，證實了氦檢技術(shù)在核電換料相關(guān)水池不銹鋼覆面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測上的可行性，為后續(xù)解決反應(yīng)堆水池、乏燃料水池、燃料傳輸池等類似結(jié)構(gòu)的泄漏檢測問題提供了參考。