指套管端塞焊縫密封性試驗

賴新華 虞紅佳 趙敏

摘 ?要：指套管端塞焊縫，進行表面及目視檢驗，可發現存在的表面缺陷及異常，無法查找和確認貫穿性缺陷;貫穿性缺陷的查找，現階段采用水壓試驗進行，靈敏度低下。在確定氦檢漏驗收標準后，利用現有水壓試驗裝置，加工一定工裝，對指套管端塞焊縫進行密封性試驗，形成了一套標準檢漏工裝及工藝，可用于現場實際應用。

關鍵詞：指套管 ?氦檢漏 ?密封性試驗

中圖分類號：TG115 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（a）-0045-03

Abstract： Refers to the casing end plug weld，surface and visual inspection，can find the existence of surface defects and anomalies，unable to find and confirm the penetration defects; At present，hydraulic tests are used to find the penetrating defects， and the sensitivity is low. After determining the acceptance standard of helium leak inspection， the existing hydraulic test device is used to process certain workmanship，and the sealing test of the seam at the end of the sleeve plug is carried out，and a set of standard leak inspection workmanship and technology is formed，which can be used for practical application in the field.

Key Words： Casings; Helium leakage; Sealability test

壓水堆機組啟停、裝料及正常運行期間，為給操縱員提供在裝料、啟動、功率運行及停堆等反應堆狀態下中子注量率信息，專門設置了堆芯中子通量分布測量系統。中子通量測量系統主要由微型裂變室（探測器，4或5通道）、指套管（38或50根）、堆內儀表導向管以及中子探測器傳動系統組成[1]。

導向管均成“L型”，上端與反應堆壓力容器底部管座焊接，下端通過貫穿件與手動閥密封組件焊接，導向管內壁與一回路水直接接觸承受與壓力容器相同的壓力，是反應堆壓力容器的延伸。

導向管包容著可抽出的指套管，指套管前端材質為Z2 CN 18-10、指套管材質為Z5 CND17-12，兩不銹鋼部件之間采用焊接的方式進行連接（端塞焊縫），外徑為8.6mm、內徑為5.2mm，壁厚為1.7mm，其結構如圖1所示。

為了保證指套管的密封性，防止由于指套管的破損而造成一回路冷卻劑泄漏，進而觸發“套管破損探測器”發出警告信號，需要對指套管以及其端塞焊縫進行相應的密封性試驗。

1 ?密封性試驗需求

反應堆運行期間，指套管長期處于高溫高壓、輻照環境中;反應堆卸料期間，需要將指套管從導向管中抽出或降低高度;反應堆裝料完成后，需要重新將指套管從導向管中插入堆芯燃料組件內。在多次操作和運行工況的影響下，指套管容易發生磨損，造成減薄，甚至發生斷裂，造成貫穿性泄漏。

指套管安裝前，對其端塞焊縫進行表面及液體滲透檢驗，以盡可能發現焊接過程中產生的表面缺陷及異常，并采用水壓試驗的方式對指套管及其端塞密封焊縫進行密封性試驗，以驗證其密封性。在役期間，由于不能精確預測指套管的磨損率，一般采用渦流檢驗的方法定期檢驗指套管的磨損情況，以確定指套管是否存在減薄。

指套管服役前所進行的水壓試驗，存在靈敏度低下、安全風險高、試驗完成后仍需對指套管進行烘干等不利因素;在役期間所實施的渦流檢驗，為了避免渦流檢驗探頭多次摩擦指套管端塞焊縫而造成損傷，其檢驗范圍一般為指套管管口至距離指套管端塞焊縫1m處，未能實現對指套管的100%檢驗以及對端塞焊縫的檢驗。為了提高密封性試驗的靈敏度，并對指套管進行全面檢驗，針對端塞焊縫開展氦檢漏試驗，以確定一套適用檢驗工藝。

2 ?可行性試驗

2.1 氦檢漏方法簡介

氦質譜檢漏技術，是采用氦氣作為示蹤氣體，施加于泄漏部位，并通過氦質譜檢漏儀對泄漏部位溢出的氦氣進行探測的一種檢漏技術。

氦質譜檢漏技術，是核工業應用最為廣泛的檢漏方法。氦質譜檢漏儀的檢漏靈敏度已達1×10-11Pa·m3/s，甚至更高，完全能夠滿足檢驗核設備的要求。

氦質譜檢漏技術又可以簡單地分為壓力法和真空法兩類。如果再細分，壓力法有充氦法、吸槍法;真空法有噴氦法、探漏盒法和氦罩法。核工業大型容器檢漏常用充氦法、探漏盒法和噴氦法;核用設備中的小容器檢漏通常選用噴氦法;核燃料原件生產過程中的檢漏，常用充氦法。

2.2 試驗設想及器材

由于指套管長期處于輻照的工作狀態，對指套管的密封進行要求很高，同時其結構非常細長，類似于核燃料原件。核燃料原件必須100%的進行氦質譜檢漏，每根核燃料元件的允許漏率為小于1.33×10-9Pa·m3/s（對He漏率），鑒于指套管的各種特殊性，故將指套管端塞焊縫的氦氣泄漏率驗收標準確定為≤1.33×10-9Pa·m3/s。

在進行試驗工裝準備時，考慮利用現有條件，對指套管外部進行充氦，同時，對指套管內部進行抽真空，以保障現場試驗時，能夠達到-9數量級的檢漏靈敏度等級。另考慮由于指套管為細長工件，對其內部進行抽真空操作時，其末端（端塞焊縫處）有可能產生局部高真空的封閉狀態，使得即使端塞焊縫處指套管內部即使存在從外部泄漏而來的氦氣，卻無法通過抽真空裝置到達氦質譜檢漏儀;為了解決這一預想困難，考慮采用外徑3mm的細塑料管（有一定強度），穿過指套管直達端塞焊縫處，另一端直接與氦質譜檢漏儀檢漏口進行連接。為此，設計和加工了抽真空裝置見圖2、圖3。

2.3 試驗過程

（1）將真空計、校準漏孔（-9數量級）分別安裝于抽真空裝置上，安裝完成后，將抽真空裝置與氦質譜檢漏儀采用金屬波紋管進行連接，系統連接后示意圖見圖4。

（2）系統連接后，關閉抽真空裝置上的抽氣及校驗隔離閥，同時對與指套管打壓裝置連接端進行封堵、對各密封部位采用真空泥進行補充密封，使整個檢漏系統處于抽真空模式下。由于系統有效容積較小，直接采用氦檢漏儀進行抽真空操作，以獲得穩定真空度，確認真空能夠建立后，對系統進行排氣（打開抽氣隔離閥）。

（3）排氣完成后，重新關閉抽氣隔離閥，打開校驗隔離閥和校準漏孔自帶閥門。完成后，采用氦質譜檢漏儀重新進行抽真空操作，以獲得校準漏孔漏率讀數，同時進行記錄。

（4）按照圖2的方式，將外徑3mm的細塑料管（30m長）安裝于抽真空裝置內，一端與氦質譜檢漏儀直接連接、另一端與校準漏孔直接連接。系統連接后示意圖見圖5。

（5）對加裝塑料管后的檢漏系統進行抽真空操作，以獲得校準漏孔漏率讀數，同時進行記錄。

（6）對（3）步驟、（5）步驟所記錄的校準漏孔漏率讀數進行比較，未見明顯變化。

2.4 可行性試驗結論

采用塑料管模擬狹長指套管內部抽真空氛圍，所獲得的漏孔漏率讀數與直接將漏孔安裝于抽真空裝置上所獲得的漏孔漏率讀數基本一致，驗證了采用塑料管對指套管端塞密封焊縫部位進行抽真空操作的可行性;同時，兩種檢漏狀態下，系統最小可檢漏率均能滿足泄漏率驗收標準所要求的靈敏度等級要求。該工裝可進一步用于實際進行指套管端塞焊縫的密封性試驗操作。

3 ?端塞焊縫密封性試驗

按照以下步驟，對指套管端塞焊縫進行氦檢漏試驗操作。

（1）測量受檢區域及環境氦本底濃度，并進行記錄。

（2）從指套管外圍壓力試驗裝置內充入氦氣（表壓達到0.1MPa，保壓10min）見圖6、圖7。

（3）采用吸槍對指套管打壓及充氣裝置各密封、接頭部位進行檢驗，以排除存在的漏點。

（4）將真空計安裝于抽真空裝置上，并將抽真空裝置與指套管打壓裝置進行連接。

（5）將3mm細管插入指套管內，并直達指套管端塞焊縫部位。

（6）將標準漏孔安裝于校驗隔離閥上端，保持標準漏孔自帶閥門關閉。

（7）將抽真空裝置與氦檢漏儀連接的波紋管進行連接（連接示意圖見圖8），并關閉抽真空裝置上的“抽氣隔離閥”，打開“校驗隔離閥”。

（8）采用氦檢漏儀對所連接的系統進行抽氣，以達到氦檢漏儀所需真空度要求（≤10Pa）。

（9）真空建立后，關閉“校驗隔離閥”;打開標準漏孔自帶閥門。

（10）打開“校驗隔離閥”，對系統進行標定，并記錄標準漏孔儀器讀數及響應時間。

（11）系統標定完成后，關閉“校驗隔離閥”。

（12）具備檢驗條件，開始進行檢驗操作。

（13）在氦檢漏儀抽氣的整個過程中，觀察和記錄儀器讀數。

（14）氦檢漏完成后，進行排氣泄壓并拆除檢漏裝置。整個試驗過程所用工器具見圖9。

4 ?試驗結論

按照第4節所述試驗操作，能夠獲得滿足檢驗要求的靈敏度，同時，所加工的工裝，安裝及操作較為簡便，能夠滿足實際檢驗要求。

設計和形成的密封性試驗系統，能夠彌補渦流檢驗等其他檢驗方法在檢驗范圍存在不可達、靈敏度不高等方面的缺欠;同時，也應該認識到，該試驗操作僅能夠探測和發現已經存在的超過一定尺寸的泄漏，對磨損、減薄一類缺陷無法進行預判。

參考文獻

[1] 秦山第二核電廠培訓系列教材，320，秦山第二核電廠系統及運行[Z].2000.

[2] NB/T 47013.8-2012，承壓設備無損檢測：泄漏檢測[S].

[3] 壓水堆核島機械設備設計和建造規則（RCC-M 2000版+2002補遺[Z].