核電換料水池不銹鋼覆面泄漏的氦檢

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(蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004)

氦檢主要通過氦質譜儀來實現檢測，是精度較高的檢漏技術。氦質譜儀的原理是：在高真空工作環境下，不同質量的氣體分子變成離子，而后在電磁場中運動并發生偏轉，不同質量的離子彼此分開；同時設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、分子質量小，具有易穿過漏孔、不腐蝕設備、不易被吸附等優點[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。“吸槍法”無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，又可以通過標準漏孔進行絕對泄漏率的計算。

“吸槍法”就是將被測元件內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。當被測元件外表面存在漏孔時，氦氣通過漏孔向外逸出。當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譜室中，通過氦氣濃度顯示的變化來發現和定位缺陷。

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，將被測元件與氦質譜儀直接連接。對被測元件進行泄漏檢測前，利用標準漏孔進行校準；使用噴槍將氦氣噴到被測元件疑似泄漏點，通過質譜儀示數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

氦檢技術具有精度高、定位快的優勢，已廣泛應用于常規火力發電、化工行業及核電運行檢修等領域，多次成功解決了真空系統的密封性異常[2]、冷凝器鈦管泄漏[3]、蒸汽發生器傳熱管泄漏檢查[4]、發電機及附屬系統整體氣密性試驗不合格等專業問題。

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

1 相關換料水池的檢漏背景

大亞灣核電某機組反應堆水池在大修換料期間，反應堆不銹鋼覆面曾出現泄漏異常，經過數次大修期間的目視、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類似反應堆水池檢漏管漏水的現象，電站未實施不銹鋼覆面檢漏，而是采用逐步更換反應堆水池不銹鋼覆面的技術方案，最終反應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試階段，其引漏管也曾出現滴漏現象，經過土建、化學及性能試驗等多個技術團隊聯合分析診斷，最終確定該機組乏燃料水池不銹鋼覆面完好。

控制區內換料相關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、人員表面沾污等風險。因此，控制區內換料相關水池出現類似缺陷時，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險。

2 相關換料水池的結構

核電站相關換料水池是由乏燃料水池、傳輸水池、裝罐池和反應堆水池等一系列結構類似的水池，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內反應堆水池、乏燃料水池、裝罐池等水池內的水不向外滲透，上述水池基礎結構均為混凝土，水池內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，其橫截面結構示意如圖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的水就會進入引漏槽，在相應水池的引漏管出現滴水現象，提示不銹鋼覆面出現缺陷。

圖3 不銹鋼支撐橫截面結構示意

3 相關換料水池的氦檢漏方案

由于核電控制區內水池及不銹鋼覆面的結構特殊，無法對鋼覆面下方引漏槽內的空間進行充壓或抽真空。充氦太多會導致鋼覆面下方空間承壓，與運行期間池內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定，達不到氦質譜儀質譜室的工作條件。因此，氦檢漏常用的“吸槍法”和“真空法”均無法在此類結構上實施，國內缺乏核電控制區內換料相關水池不銹鋼覆面氦檢的實施經驗。法國電力公司作為技術先進的核電運營技術公司，為法國、日本等多個國家核電水池不銹鋼覆面實施過氦檢，具備控制區內水池不銹鋼覆面的氦檢技術。

蘇州熱工研究院有限公司性能試驗技術團隊從設備結構、風險等角度出發，通過反復論證與試驗，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堆水池不銹鋼覆面等類似結構的氦檢漏方法，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的氦氣濃度，又不使不銹鋼覆面反向承壓，相關換料水池氦檢原理示意如圖4所示。

圖4 相關換料水池氦檢原理示意

實踐證明，該技術方案能夠應用于核電換料相關水池不銹鋼覆面的檢漏，能夠檢測核電控制區內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場巡檢時發現乏燃料裝罐池不銹鋼覆面泄漏監測管道滴漏，檢查了周圍地溝及附近房間的混凝土和管道，未發現有硼水泄漏跡象，排除了其他可能因素，確定了裝罐池不銹鋼覆面存在缺陷。

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

檢漏過程中，共發現4處焊縫位置檢漏數據存在明顯升高，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 檢漏數據

4.1.1 A點檢漏數據

A點檢漏數據如圖6所示，通過對A點進行初檢和復檢，兩次測量結果均超過本底(環境氦氣濃度的測量值)上漲的穩定示值，上漲幅度超過本底1個數量級，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點檢漏數據

4.1.2 B點檢漏數據

B點檢漏數據如圖7所示，通過對B點進行初檢和復檢，兩次測量結果均超過本底上漲的穩定示值，上漲幅度較大，超過本底1個數量級，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點檢漏數據

4.1.3 C點檢漏數據

C點檢漏數據如圖8所示，通過對C點進行初檢和復檢，兩次測量結果均超過本底上漲的穩定示值，上漲幅度超過本底1個數量級，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點檢漏數據

4.1.4 D點檢漏數據

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

圖9 某機組裝罐池不銹鋼覆面D點檢漏數據

圖10 某機組裝罐池不銹鋼覆面C點處理后的檢漏數據

4.2 漏點再鑒定數據

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點處理后的檢漏數據，數據基本沒有變化，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個漏點的再鑒定結果，數據基本沒有變化，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據

4.3 結果

裝罐池經過15 d的充水驗證，未再次發現漏水現象，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域的應用，證實了氦檢技術在核電換料相關水池不銹鋼覆面等復雜結構檢測上的可行性，為后續解決反應堆水池、乏燃料水池、燃料傳輸池等類似結構的泄漏檢測問題提供了參考。