氦氣檢漏在核電站常規島真空相關系統檢測中的應用

劉佩磊，施亦斌

(國核電站運行服務技術有限公司，上海200233)

0 前言

核電站常規島與一般火電站類似，其熱力系統中部分子系統在正常運行狀態下處于負壓狀態。而負壓狀態則由常規島內數臺真空泵機組的運行維持，涉及負壓的子系統在常規島內主要包括：凝結水系統、汽輪機系統、冷凝器真空系統、高壓給水加熱系統、低壓給水加熱系統等。由于涉及負壓的真空相關系統部件眾多，管道、容器、閥門、法蘭等等在運行過程中會出現不同程度的泄漏情況。一般不影響系統真空度的情況下一般泄漏無需處理，但是一旦系統真空度低于運行要求或者系統蓄氧量超過報警值，則表示系統中存在超標泄漏點，需要立即進行處理。傳統的檢測方法對于大系統、多部件的泄漏檢測存在靈敏度低、效率差的問題，而氦氣泄漏檢查可以有效、快速的查找漏點。以國內某核電站常規島機組真空相關系統氦檢漏為例，對整個檢測的原理、范圍、流程、漏點的位置、漏率大小的分析及具體判斷進行總結、優化和歸納，為同類型電站機組真空相關系統進行泄漏檢查提供參考及幫助。

1 檢漏技術

1.1 檢測原理

對于負壓狀態的真空相關系統可以使用真空噴氦法氦檢漏技術。其原理為：使用真空泵或檢漏儀對被檢部件內部抽真空，采用噴吹的方法在被檢部件外表面施氦氣，當被檢部件表面有漏點時，氦氣就會通過漏點進入被檢部件內部，再進入氦質譜檢漏儀，從而實現被檢部件泄漏量檢測見圖1 所示。真空法的優點是檢測靈敏度高，可以精確定位，能實現大容器或復雜系統的檢漏。真空法的缺點是不能準確反映被檢部件的真實泄漏狀態。

圖1 檢漏原理示意圖

1.2 技術要點

由于氦氣是較輕的惰性氣體，在噴出后會自動上升，為了準確的在漏孔位置噴氦，噴氦時應自上而下，由近至遠(相對檢漏儀位置)，噴槍和被檢部件的距離應保持在6 mm 以內［1］，這是因為在噴下方時氦氣有可能被上方漏孔吸入，就很難確定漏孔的位置；再者漏孔離質譜室的距離檢漏儀反應時間也不同，所以噴氦應先從靠近檢漏儀的一側開始由近至遠來進行。

1.3 靈敏度的影響因素

影響靈敏度的因素包括兩個方面：一是受質譜檢漏儀本身儀器靈敏度限制；二是檢漏方法的影響。比如：負壓分流法，為了使檢漏儀正常工作，調整節流閥或加大輔助泵。輔助泵對氦氣的抽速過大靈敏度將明顯下降，盡量采用效率高的累積氦罩法代替噴吹方法或吸槍方法。

1.4 響應時間和清除時間[1]

正常運行的儀器響應時間與清除時間不應大于3 s。檢漏儀的響應時間會影響檢漏工作的速度：檢漏時噴槍在漏孔處停留的時間應為儀器響應時間的3倍，該時間再加上氦氣在真空系統中的傳遞時間，即為兩次噴氦的最小間隔時間，當然真空系統越龐大，該間隔時間也越長。不同檢測系統和部件響應時間均有所不同，對于復雜系統的應用時間還需要考慮系統運行狀態，已現場實際測試時間為準。儀器的清除時間在理論上與響應時間相同，但由于儀器零件對氦的吸附和脫附作用的影響，清除時間一般要更長些。另外噴氦量的多少也影響清除時間的長短，噴氦時噴槍移動速率合理，可以縮短儀器的清除時間，提高檢漏效率。

2 檢測實施

國內某核電站二號機組在日常運行過程中，正常狀態當汽輪機在額定功率運行時，凝汽器真空度在11.8 kPa(循環冷卻水溫度33 ℃)，汽輪機帶最大保證功率運行時，保證凝汽器真空度為5.39 kPa(循環冷卻水溫度為18 ℃)。三臺水環式真空泵保持二臺泵運行，一臺備用。備用泵在運行泵故障跳閘或真空泵吸入口真空低 (定值為11 kPa 時自動啟動，以維持凝汽器真空。當凝汽器真空度下降時懷疑系統中出現泄漏，需要進行檢漏。

2.1 檢測范圍

二號機組真空相關系統部件共9 個子系統362個測點，包括各種閥門進出口連接處、閥桿部件、儀表接頭、波紋管進出口連接處、凝汽器喉部膨脹節、凝汽器氣室人孔、低壓缸爆破膜見圖2～5 所示。

圖2 汽輪機低壓缸

圖3 凝結水泵及管道

圖4 凝汽器熱阱及人孔

圖5 低壓給水加熱系統管道

2.2 取樣位置選擇及響應時間確定

取樣點一般選擇在真空泵出口端排大氣管線上合適位置，方便接入氦檢漏儀探頭。而該核電站機組有監測主蒸汽系統核泄漏的輻射防護監測系統（KRT）其中有一臺小真空泵接在排氣管線上，真空泵排氣出口可用于方便接入氦檢漏儀探頭。雖然真空泵具有一定分流作用，但對系統靈敏度影響不大。在氦質譜儀到測試狀態后，在系統離取樣點最遠端系統開口處施加一定量氦氣進入系統，測量從施放完氦氣起到氦質譜儀探測出氦氣所需時間，即為系統的最大響應時間，二號機組系統最大響應時間為3 min。

2.3 對漏點可能區域的分析

由于真空相關系統龐大，檢漏前必須仔細分析與泄漏相關的各個子系統的特點，以便逐個檢查，這樣才能運用氦質譜檢漏儀快速和準確地檢漏。對于該核電站二號機組的系統一般可能存在漏點的子系統及部件包括：汽輪機低壓缸爆破膜、凝汽器人孔、汽輪機低壓缸與凝汽器連接喉部膨脹節、凝結水泵、汽輪機低壓缸軸封、真空破壞閥。

2.4 執行檢測

(1)啟動并調試氦質譜檢漏儀，將吸槍置于KRT排氣口出，廠房內保持良好的通風；

(2)測量系統反應時間：待氦質譜儀到測試狀態后，在系統離取樣點最遠端系統開口處施加一定量氦氣進入系統，測量從施放完氦氣起到氦質譜儀探測出氦氣所需時間，即為系統的反應時間；

(3)將氦氣(示漏氣體)施于被檢區域，噴嘴離被檢部位的距離應小于6 mm，噴槍的掃描速度不應超過能檢出從泄漏標準的泄漏速率；

(4)保持2～3 倍系統反應時間，記錄氦質譜儀讀數；

(5) 當氦質譜儀探到被測點的儀器讀數變化約一個數量級以上(與本底比較)，記錄漏點位置及儀器讀數；

(6)對于外界空間空氣流動較大的查漏點，先用塑料袋進行包裹如圖6 所示，以排除外界氣流對泄漏到外界的氦氣進行稀釋，保證探測的靈敏度。

圖6 閥門包裹塑料布

由于部分被檢部件位置所限，噴氦可以通過加長工具進行。

2.5 對泄漏漏點漏率的判斷

一般系統部件其缺陷有以下幾種：

(1)焊接貫穿性缺陷；

(2)異物外力碰撞貫穿性損傷；

(3)機械結構間隙；

(4)原材料貫穿性缺陷；

(5)其他貫穿性缺陷。

而貫穿性漏點的漏率一般大于1.0×10-8Pa·m3/s，一般氦檢漏儀噴氦法的本底讀數在1.0 × 10-11Pa·m3/s 至 1.0 × 10-10Pa·m3/s，所以高于本底一個數量級的顯示都應懷疑為泄漏顯示［2］。經過檢測發現該核電站二號機組一臺真空破壞閥存在高于本底4 個數量級的顯示，確定泄漏點。

3 結論

(1)氦質譜檢漏技術用于核電站常規島的檢漏工作，具有操作方便、靈敏度高和無損傷性等優點，特別是可以在正常運行中準確快捷地對機組進行檢漏，減少停機帶來的經濟損失。

(2)氦質譜檢漏技術對于復雜系統的泄漏檢測具有良好的檢測效果，特別是對運行機組，人員設備無法有效到達區域的泄漏檢測具備一定優勢且檢測重復性好。

(3)可以準確的確定漏點位置，為維修工作提供支持。

(4)由于目前噴氦法無法準確的進行漏點的定量分析，所有無法給出漏點的實際漏率大小。但是可以通過對比標準漏孔漏率的試驗，針對特定系統進行漏率的比較和估算，下一步將是繼續完善噴氦法在系統泄漏檢測中的應用，提高檢測效率。

總之對于電站大型系統或者類型部件的檢測，都需要多種檢測方法，無論傳統常規的檢測方法還是非常規的檢測方法配合檢測，才能達到最佳的檢測效果。而在多種檢測方法中氦檢漏無疑是非常重要及有效的方法，值得繼續探討研究以完善其不足之處，擴展其應用范圍。