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(guò)氦質(zhì)譜儀來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不同質(zhì)量的離子彼此分開(kāi)；同時(shí)設(shè)置一個(gè)留有狹縫的擋板，僅允許氦離子流通過(guò)并被接收，根據(jù)探測(cè)到的氦濃度的變化來(lái)判斷被測(cè)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(guò)漏孔、不腐蝕設(shè)備、不易被吸附等優(yōu)點(diǎn)[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(cè)出的氦氣濃度超過(guò)本底濃度作為判斷泄漏的依據(jù)。“吸槍法”無(wú)法進(jìn)行絕對(duì)泄漏率的計(jì)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行絕對(duì)泄漏率的計(jì)算。

“吸槍法”就是將被測(cè)元件內(nèi)部充以一定壓力的氦氣，然后用吸槍在被測(cè)元件外表面進(jìn)行探索，“吸槍法”氦檢原理示意如圖1所示。當(dāng)被測(cè)元件外表面存在漏孔時(shí)，氦氣通過(guò)漏孔向外逸出。當(dāng)吸槍在漏孔位置附近時(shí)，泄漏出來(lái)的氦氣隨同周?chē)諝庖黄鸨晃鼧屛氲劫|(zhì)譜室中，通過(guò)氦氣濃度顯示的變化來(lái)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(guò)真空泵將被測(cè)件抽一定的真空，將被測(cè)元件與氦質(zhì)譜儀直接連接。對(duì)被測(cè)元件進(jìn)行泄漏檢測(cè)前，利用標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行校準(zhǔn)；使用噴槍將氦氣噴到被測(cè)元件疑似泄漏點(diǎn)，通過(guò)質(zhì)譜儀示數(shù)的變化進(jìn)行泄漏點(diǎn)定位及絕對(duì)泄漏率的計(jì)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(shì)，已廣泛應(yīng)用于常規(guī)火力發(fā)電、化工行業(yè)及核電運(yùn)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(jī)及附屬系統(tǒng)整體氣密性試驗(yàn)不合格等專業(yè)問(wèn)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(yáng)江核電裝罐池不銹鋼覆面的泄漏問(wèn)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(wèn)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(jī)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(guò)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(jī)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(shí)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(wèn)題得到有效治理；陽(yáng)江核電某機(jī)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(guò)土建、化學(xué)及性能試驗(yàn)等多個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合分析診斷，最終確定該機(jī)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(huì)帶來(lái)放射性的水異常排放、放射性液體污染擴(kuò)散、人員表面沾污等風(fēng)險(xiǎn)。因此，控制區(qū)內(nèi)換料相關(guān)水池出現(xiàn)類似缺陷時(shí)，需盡快采取較高精度的檢漏措施來(lái)定位缺陷位置，消除缺陷，降低放射性液體污染擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。

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(guò)不同的水閘門(mén)、傳輸通道等組成的有機(jī)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(guò)對(duì)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(duì)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(jìn)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(huì)進(jìn)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(wú)法對(duì)鋼覆面下方引漏槽內(nèi)的空間進(jìn)行充壓或抽真空。充氦太多會(huì)導(dǎo)致鋼覆面下方空間承壓，與運(yùn)行期間池內(nèi)滿水時(shí)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(wú)法保持穩(wěn)定，達(dá)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(wú)法在此類結(jié)構(gòu)上實(shí)施，國(guó)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(shí)施經(jīng)驗(yàn)。法國(guó)電力公司作為技術(shù)先進(jìn)的核電運(yùn)營(yíng)技術(shù)公司，為法國(guó)、日本等多個(gè)國(guó)家核電水池不銹鋼覆面實(shí)施過(guò)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(yàn)技術(shù)團(tuán)隊(duì)從設(shè)備結(jié)構(gòu)、風(fēng)險(xiǎn)等角度出發(fā)，通過(guò)反復(fù)論證與試驗(yàn)，克服了不銹鋼覆面不能反向承壓、引漏槽空間無(wú)法抽真空等難點(diǎn)，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(guò)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(jìn)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(shí)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(cè)核電控制區(qū)內(nèi)水池不銹鋼覆面及焊縫的缺陷。

4 實(shí)際檢漏案例

2014年10月，陽(yáng)江核電某機(jī)組運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)乏燃料裝罐池不銹鋼覆面泄漏監(jiān)測(cè)管道滴漏，檢查了周?chē)販霞案浇块g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(duì)裝罐池不銹鋼覆面焊縫逐步進(jìn)行檢漏。檢漏前，對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行本底測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)約為2.0×10-6Pa·m3·s-1；測(cè)試響應(yīng)時(shí)間約為15 s。

檢漏過(guò)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(diǎn)，A,B,D點(diǎn)在裝罐池底部排水槽區(qū)域，C點(diǎn)在裝罐池與乏燃料水池水閘門(mén)邊緣焊縫上，泄漏處缺陷位置如圖5所示。

圖5 某機(jī)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(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)

A點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)如圖6所示，通過(guò)對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行初檢和復(fù)檢，兩次測(cè)量結(jié)果均超過(guò)本底(環(huán)境氦氣濃度的測(cè)量值)上漲的穩(wěn)定示值，上漲幅度超過(guò)本底1個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明A點(diǎn)位置存在貫穿性缺陷。

圖6 某機(jī)組裝罐池不銹鋼覆面A點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)

4.1.2 B點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)

B點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)如圖7所示，通過(guò)對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行初檢和復(fù)檢，兩次測(cè)量結(jié)果均超過(guò)本底上漲的穩(wěn)定示值，上漲幅度較大，超過(guò)本底1個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明B點(diǎn)位置存在貫穿性缺陷。

圖7 某機(jī)組裝罐池不銹鋼覆面B點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)

4.1.3 C點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)

C點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)如圖8所示，通過(guò)對(duì)C點(diǎn)進(jìn)行初檢和復(fù)檢，兩次測(cè)量結(jié)果均超過(guò)本底上漲的穩(wěn)定示值，上漲幅度超過(guò)本底1個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明C點(diǎn)位置存在貫穿性缺陷。

圖8 某機(jī)組裝罐池不銹鋼覆面C點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)

4.1.4 D點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)

圖9為D點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)，示值比本底高3個(gè)數(shù)量級(jí)左右，上漲幅度較大，后經(jīng)過(guò)滲透檢查證實(shí)，該缺陷為明顯裂紋。

圖9 某機(jī)組裝罐池不銹鋼覆面D點(diǎn)檢漏數(shù)據(jù)

圖10 某機(jī)組裝罐池不銹鋼覆面C點(diǎn)處理后的檢漏數(shù)據(jù)

4.2 漏點(diǎn)再鑒定數(shù)據(jù)

通過(guò)氦檢手段，確定了裝罐池存在4處缺陷。進(jìn)行處理后，對(duì)上述缺陷進(jìn)行了檢漏再鑒定工作。圖10為對(duì)C點(diǎn)處理后的檢漏數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)基本沒(méi)有變化，說(shuō)明C點(diǎn)缺陷處理完好；由于A，B，D 3個(gè)漏點(diǎn)位置比較接近，所以一次完成再鑒定，圖11為A，B，D 3個(gè)漏點(diǎn)的再鑒定結(jié)果，數(shù)據(jù)基本沒(méi)有變化，說(shuō)明A，B，D 3個(gè)漏點(diǎn)缺陷處理完好。

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

4.3 結(jié)果

裝罐池經(jīng)過(guò)15 d的充水驗(yàn)證，未再次發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，裝罐池滴水問(wèn)題得以解決，通過(guò)實(shí)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(yǔ)

對(duì)陽(yáng)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(shí)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(cè)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(cè)問(wèn)題提供了參考。