核電貫穿件試驗氣相檢漏儀設計與開發

譚春紅 陳琦 劉碩 肖博懿

摘要：核電站安全殼是核反應堆最后一道屏障，氣相檢漏儀是核電站安全殼貫穿件密封性試驗的主要裝置。本文描述了B-GLM系列氣相檢漏儀的研發思路及過程，開發了一套能滿足核電站安全殼貫穿件密封性試驗的檢漏儀，并能夠滿足不同客戶需求的個性化定制要求。通過技術驗證，證明自主開發的設備可保持較好的性能和多樣化的拓展性。

關鍵詞：安全殼;貫穿件;氣相檢漏儀

中圖分類號：TL364.3文獻標識碼：A文章編號：2096-6903（2021）12-0062-03

0引言

核電站安全殼是核反應堆最后一道屏障，在調試和大修期間需對安全殼貫穿件的密封性能進行檢測，對設計基準事故狀態下各系統的在線運行狀態進行模擬，以評估貫穿件在事故狀態下能否保持其密封性能[1]。

氣相檢漏儀作為核電站安全殼（BC類）貫穿件密封性試驗的主要裝置，它是能根據要求直接測量出核電站安全殼貫穿件密封性是否滿足核電設計要求的重要檢測設備，對此重要設備我們應該精益求精，不斷的研發改進。

本文主要講述的是研發一套內置自主開發、適用于各種核電堆型安全殼（BC類）貫穿件密封性試驗的數據分析軟件的B-GLM型氣相檢漏儀，可實現測量不同氣體、不同試驗工況下安全殼（BC類）貫穿件的泄漏率一種論述。

1研究路線

1.1整體方案

本文根據各個核電站安全殼貫穿件的密封性的一些要求，設計出一套更符合核電站現場實際應用氣相檢漏儀并對此進行性能測試。對于設備的精準可靠性我們在氣相檢漏儀內設置了更智能精細的流量檢測模塊、壓力檢測模塊和數據處理及人機交互模塊，流量監測模塊分為低量程流量檢測、中量程流量檢測、高量程流量檢測三個級別;壓力檢測模塊安裝了高精度壓力檢測設備;數據處理及人機交互模塊設置了時間顯示，觸屏操作面板，數據智能檢測傳輸系統，可檢測出不同氣體的氣體量，更體現現代化的人工智能操作。對于設備安全性我們在設備內各通道處設置了多個閥門防止設備損壞以及設備損壞對周邊的影響。

氣相檢漏儀基本結構主要由儀器入口、入口閥V1、調壓閥V2、五通閥V3、低量程流量計、中量程流量計、高量程流量計、流量測量出口閥V4、數據處理及人機交互模塊、壓力測量模塊、儀器出口、各路通道管線等部件組成，基本結構如圖1所示：

各部分功能：

入口閥V1：充壓入口隔離閥門。

調壓閥V2：依據壓力測量模塊，調節試驗壓力，即通過流量測量模塊的氣體壓力。

五通閥V3：在旁路和三個流量測量支路之間進行切換。

流量測量模塊：測量通過檢漏儀的氣體流量。

流量測量出口閥V4：三個流量支路出口的隔離閥門。壓力測量模塊：測量通過檢漏儀的氣體壓力。

數據處理及人機交互模塊：對壓力測量數據、流量測量數據進行處理，顯示試驗測試數據，并完成檢漏儀的操作功能。

1.2硬件參數要求

本次所開發的檢漏裝置內部泄漏率測量及調壓模塊采用進口元件，包含高精度流量計、高精度壓力計、調壓閥等，測量介質為壓縮空氣。具體參數[1]如下：

設備本體及管線耐壓能力≥145psi。

壓力測量精度0.1級，適用氣體：空氣/氮氣。壓力調節為連續調節，入口壓力：≤l000PSIG，出口壓力：0-250PSIG，據現場氣源情況（現場氣源一般為8bar.g），一般為0-116psia。

流量測量分支路和旁路，各支路采用不同的量程，量程范圍。精度：±1%FS。適用介質：空氣/氮氣。

設備整體的測量精度不低于±2%FS。測量結果分析顯示模塊實時顯示當前的測試壓力及泄漏率測量結果，且在多種顯示單位間可自由切換。壓力顯示單位可為bar.g、mmHg、kpa.g、psi.g、mmH2O等;泄漏率顯示單位可為Ncm3/h、sccm、scfm等。

2軟件功能與設計方案

2.1軟件功能

氣相檢漏儀的數據處理及人機交互模塊內置功能完整、操作便捷、適用性強的計算顯示軟件，基本構架包含以下基本功能：調取支路的流量傳感器、一路總路的壓力傳感器的測量數據，在界面中進行實時顯示，數據顯示小數位數、單位可實時切換;調取流量傳感器的基礎數據，方便判定流量傳感器的工作狀態;為確保最終的數據穩定性，制定穩定算法，去除突變對測試結果的影響，對流量傳感器調取出的數據進行整合計算后，輸出顯示在界面中;具備自動保存數據的功能，保存方式可自由設制，通過USB接口，輸出文本;具備屏保設置、背景亮度、日期調整的功能;所有功能集成在數據分析處理模塊中進行顯示，操作方式為觸屏操作，方便、快捷。

2.2軟件設計方案

2.2.1參數讀取設計

用戶可以根據自身需要讀取不同量程的質量流量檢測器實時數據和參數檢測。氣相檢漏儀流量檢測模塊，一般檢測流量的單位為“SCCM”標準單位，其中“CCM”前面的數值為讀取流量計的氣體體積流量值。“SCCM”前面的數值是讀取流量計的氣體質量流量。“PSI”前面的數值是當前實際管路壓力的測量值。“℃”前面的數值是當前實際管路的溫度測量值。

2.2.2頁面讀取設計

根據多年核電站安全殼密封性試驗工作經驗，國內大部分核電站安全殼貫穿件試驗的驗收值在0ml/h～1.0ml/h×107ml/h[1]，為了測量的準確性，根據量程將其成不同的流量支路。頁面設計如圖2、圖3、圖4所示。用戶能夠手動設置實時流量右側的單位，標準mL/min和標準L/min單位及標準立方英尺單位可以通過下拉菜單人工選擇，選用的流量單位高亮顯示。當選擇標準L/min單位及標準立方英尺單位時，小數保留幾位按系統設置界面開放的設定執行。流量單位選定后，流量范圍窗口后面的單位自動同步高亮顯示，后續保存同步保存。實時壓力根據壓力傳感器讀數，壓力單位默認KPa亮顯，可根據現場需求選擇壓力單位：bar、psi、mmH2O、mmHg。測試數據能夠保存，以方便日后導出存檔。當測試的流量數據不在量程范圍內，“量程不符”的指示燈紅色提示更換流程頁面。在范圍內則正常綠色顯示。

3氣相檢漏儀性能測試

3.1密封性測試

氣相檢漏儀在不同壓力平臺下進行氣密性測試，用以驗證氣相檢漏儀的密封性和耐性能力。

氣相檢漏儀密封性測試：常壓下，氣相檢漏儀調壓閥全部關閉，打開進口閥，關閉流量計出口閥，五通閥切至旁路，進口連接氣源，出口連接手持式壓力表。調節調壓閥，升壓至指定壓力，壓力穩定至十五分鐘內無變化，記錄當前時刻、手持式壓力表讀數，然后將氣相檢漏儀五通閥分別切至支路量程，打開流量計出口閥，調節調壓閥，緩慢將壓力重新升至指定壓力，壓力穩定至十五分鐘內無變化，記錄當前時刻、氣相檢漏儀切至“參數讀取”界面，記錄三個流量計的壓力傳感器讀數。保壓2h，每隔15min記錄1次手持式壓力表讀數、三個流量計的壓力傳感器讀數。測試數據如圖5所示。

氣相檢漏儀承壓測試：將五通閥分別切至支路量程，打開流量計出口閥，調節調壓閥，緩慢將壓力重新升至指定壓力，壓力穩定至15min內無變化，記錄當前時刻、手持式壓力表讀數，保壓1.5h，每隔15min記錄1次手持式壓力表讀數。測試數據如圖6所示。

3.2流量驗證測試

為了驗證氣相檢漏儀在實際工況下的使用情況，選取同類型的試驗對象，在不同壓力下測試檢查系統裝置顯示流量的準確性。我們選取直徑為2寸，長度2m的PU管作為試驗對象，標準件按照流量不同分別采用標準漏孔（5～500sccm）、5SLPM質量流量控制器（1000～5000sccm）、100SLPM質量流量控制器（10000～18000sccm）。分別在14.5psi、58psi兩個壓力平臺分別使用標準漏孔對氣相檢漏儀進行標定，結果滿足要求在不同壓力下測試檢查系統裝置顯示流量的準確性。測試結果如圖7、圖8所示。

4維護成本和應用實例

目前的氣法檢漏儀還是通過采購美國進口氣法局部檢漏儀，這款檢漏儀采購周期較長，備品備件多，流量計維護成本高，因此在后續的核電站中，可以慢慢用B-GLM系列氣相檢漏儀取代。本文設計的這款電子氣相檢漏儀體現了現在智能化，還加入了設備的保護系統，可以智能保護設備不受損害，如設備超壓保護，流量計超量程保護等，減少氣相檢漏儀內重要設備部件的損害，以降低運維成本。

在國內某核電廠BC類試驗項目中，B-GLM系列氣相檢漏儀在運行良好，無報錯、未出現故障，經受了核電站復雜工況的考核。通過現場試運行取得的實際效果及項目人員反饋情況可知，使用電子氣相檢漏儀不僅僅縮短了現場工作時間，提高了試驗人員的工作效率，也大大減少了現場工作人員受照射時間，保障了現場工作人員的安全健康。真正做到了“安全第一、質量第一”。

參考文獻[1]ANS/ANSI-56.8.1994，Containment.system.leakage.testing.

requirements[S].Illinois：AmericanNuclearSociety，1994.

DesignandDevelopmentofGasLeakDetectorfor

NuclearPowerPenetrationTest

TANChunhong，CHENQi，LIUShuo，XIAOBoyi

（StateNuclearPowerPlantServiceCompany，Shanghai201100）

Abstract：Thenuclearpowerplantcontainmentisthelastbarrierofthenuclearreactor，andthegas-phaseleakdetectoristhemaindeviceforthetightnesstestofthepenetratingpartsofthenuclearpowerplantcontainment.ThisarticledescribestheR&DideasandprocessoftheB-GLMseriesofgas-phaseleakdetectors，andhasdevelopedasetofleakdetectorsthatcanmeetthetightnesstestofnuclearpowerplantcontainmentpenetrations，andcanmeetthepersonalizedcustomizationrequirementsofdifferentcustomers.Throughtechnicalverification，itisprovedthattheself-developedequipmentcanmaintainbetterperformanceanddiversifiedexpandability.

Keywords：containment;penetration;gas-phaseleakdetector