氦檢漏技術(shù)在核電站蒸發(fā)器傳熱管密封性試驗(yàn)中的應(yīng)用

周 勝

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

氦檢漏技術(shù)在核電站蒸發(fā)器傳熱管密封性試驗(yàn)中的應(yīng)用

周 勝

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

蒸汽發(fā)生器傳熱管氦檢漏技術(shù)，是20世紀(jì)80年代法國(guó)電力公司(EDF)開(kāi)發(fā)的一種用于檢測(cè)蒸汽發(fā)生器傳熱管密封性能的新技術(shù)，目前該技術(shù)已應(yīng)用于EDF旗下核電站的蒸汽發(fā)生器。但是國(guó)內(nèi)某核電站所用的60F型蒸汽發(fā)生器在結(jié)構(gòu)上存在差異，本文以該型蒸汽發(fā)生器實(shí)施的氦檢漏試驗(yàn)為例，簡(jiǎn)要介紹了蒸汽發(fā)生器氦檢漏的工作原理和步驟、詳細(xì)描述了該型蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)上的差異，以及試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題；總結(jié)提煉了相應(yīng)的解決方法，為同型蒸汽發(fā)生器傳熱管密封性試驗(yàn)提供了經(jīng)驗(yàn)。

60F型蒸汽發(fā)生器；傳熱管；氦檢漏；應(yīng)用

1 引言

核電站蒸汽發(fā)生器中的傳熱管及其與管板連接的焊縫是一回路、二回路間的壓力邊界。在正常運(yùn)行和事故條件下，這些薄壁管子和焊縫一旦損壞(泄漏或斷裂)，會(huì)造成放射性裂變產(chǎn)物泄漏到二回路，從而會(huì)污染汽機(jī)廠房。在壓水堆核電站的運(yùn)行中，由于蒸汽發(fā)生器傳熱管或傳熱管與管板連接焊縫的損壞產(chǎn)生泄漏會(huì)引起嚴(yán)重放射性泄漏事故，各核電運(yùn)營(yíng)商都十分重視其密封性。核電站蒸汽發(fā)生器泄漏檢驗(yàn)(LT)的任務(wù)是：① 確定某單一泄漏點(diǎn)不超過(guò)其控制值；② 找出泄漏點(diǎn)位置，以便進(jìn)行修補(bǔ)；③ 驗(yàn)證返修后的泄漏情況[1]。

由于水壓試驗(yàn)和渦流檢查對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管密封性檢查有局限性，一般漏點(diǎn)泄漏量很小，采用水壓試驗(yàn)從下封頭水室檢查無(wú)法檢出較小的泄漏，而渦流檢查在管子—管板處存在掃查盲區(qū)，且檢測(cè)靈敏度偏低。因此，采用氦質(zhì)譜檢漏方法是檢測(cè)微量泄漏比較有效的方法。20世紀(jì)80年代初EDF開(kāi)始探究一種檢查蒸汽發(fā)生器傳熱管密封狀況的方法。隨著利用氦氣作為示蹤氣體并用便攜式質(zhì)譜儀進(jìn)行泄漏探測(cè)的方法和工藝在其他熱交換器(如冷凝器)得到驗(yàn)證和應(yīng)用，到1984年EDF將氦質(zhì)譜檢漏方法成功應(yīng)用到蒸汽發(fā)生器傳熱管上。后來(lái)在規(guī)范RSE-M97(2000)版[2]中對(duì)蒸汽發(fā)生器氦檢漏進(jìn)行了明確要求：在機(jī)組十年大修一回路水壓試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行，與一回路水壓試驗(yàn)、蒸汽發(fā)生器傳熱管全渦流檢查形成一個(gè)整體，全方位地對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管密封狀況進(jìn)行檢查。

國(guó)內(nèi)某核電站十年大修期間，按照RSE-M97(2000)版規(guī)范的要求，實(shí)施了蒸汽發(fā)生器傳熱管氦檢漏試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)原理及過(guò)程

2.1 試驗(yàn)原理

蒸汽發(fā)生器二次側(cè)排空、隔離、干燥后，充入空氣+氦氣混合氣體；蒸汽發(fā)生器一次側(cè)排空、干燥后，在傳熱管一端的出口安裝檢測(cè)設(shè)備，包括管板爬行器，搭載吸槍工具架等。檢測(cè)開(kāi)始后，通過(guò)吸槍抽取傳熱管中的氣體，送入氦質(zhì)譜儀進(jìn)行分析[3-4]。如果發(fā)現(xiàn)存在泄漏的傳熱管，調(diào)整抽吸傳熱管中氣體的流量，以流量差分法確定泄漏的具體位置。檢測(cè)原理如圖1所示。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程由電腦控制管板爬行器，依照歩序?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)的檢測(cè)。為避免氦氣本底上升，檢測(cè)過(guò)程中，傳熱管內(nèi)部開(kāi)啟新空氣進(jìn)行吹掃。

圖1 蒸汽發(fā)生器氦檢漏原理Fig.1 Helium leak principle of SG

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)過(guò)程可拆分為6個(gè)關(guān)鍵步驟，如圖2所示。其中各試驗(yàn)步驟的主要工作及注意事項(xiàng)如下。

圖2 蒸汽發(fā)生器氦檢漏步驟Fig.2 Helium leak procedure of SG

(1) 二次側(cè)排空、隔離

排空蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，隨即實(shí)施隔離，使之成為一個(gè)單獨(dú)且密閉的空間。蒸汽發(fā)生器二次側(cè)是否徹底排空將極大影響后續(xù)工作進(jìn)展，因此在本試驗(yàn)階段，需要查閱結(jié)構(gòu)圖紙，分析可能存水的裝置并盡可能排空。

(2) 二次側(cè)干燥

干燥工作在排空、隔離后實(shí)施，干空氣由蒸汽發(fā)生器二次側(cè)手孔進(jìn)入，二次側(cè)人孔排出，通過(guò)干空氣的流動(dòng)帶走內(nèi)部濕氣。為保證蒸汽發(fā)生器內(nèi)部空間絕對(duì)干燥，通過(guò)設(shè)定裕度值(如：控制露點(diǎn)溫度小于環(huán)境溫度10℃)進(jìn)行控制。

(3) 二次側(cè)升壓

二次側(cè)干燥完成后，關(guān)閉二次側(cè)人孔，充壓至3bar(a)，檢查蒸汽發(fā)生器二次側(cè)密封情況。

(4) 一次側(cè)排空、干燥

該工作在二次側(cè)準(zhǔn)備期間進(jìn)行。當(dāng)一次側(cè)水室和管板沒(méi)有濕潤(rùn)痕跡時(shí)，一次側(cè)的干燥合格。

(5) 一次側(cè)設(shè)備安裝

一次側(cè)干燥完成后，進(jìn)行設(shè)備安裝。該工作在二次側(cè)充入空氣和氦氣的混合氣體前完成，不占用試驗(yàn)的關(guān)鍵路徑。注意：在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)充入氦氣前，一次側(cè)開(kāi)啟新空氣吹掃，以避免氦氣本底上升。

密封結(jié)果合格后，充氦氣+空氣的混合氣體至試驗(yàn)狀態(tài)。試驗(yàn)條件具備后，開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析。當(dāng)條件不滿足時(shí)，采集停止，需重新建立試驗(yàn)條件。數(shù)據(jù)采集完成，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)卸壓，恢復(fù)系統(tǒng)。

3 異常及對(duì)策描述

3.1 異常描述

二次側(cè)烘干期間，歷時(shí)72h的干燥，干燥參數(shù)仍不合格，無(wú)法過(guò)渡到下一階段的工作。長(zhǎng)時(shí)間烘干不達(dá)標(biāo)的原因，是二次側(cè)存在存水，所以精確定位存水位置，并有效的排出對(duì)整個(gè)試驗(yàn)而言就顯得尤其重要。

該核電站所用的60F型蒸汽發(fā)生器，由美國(guó)西屋設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)之初未考慮在役期間進(jìn)行氦檢漏試驗(yàn)，所以二次側(cè)部分結(jié)構(gòu)并未設(shè)計(jì)排水功能。其中未設(shè)計(jì)排水功能的結(jié)構(gòu)之一為泥沙收集器，另外二級(jí)干燥器疏水管線的防沖擊桶，同樣沒(méi)有設(shè)計(jì)排水功能。綜上所述二次側(cè)的存水主要有兩處：泥沙收集器和防沖擊桶。泥沙收集器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部空間大，存水多，相較而言，防沖擊桶的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部空間小，存水少，因此排水的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于如何排空泥沙收集中的存水。

泥沙收集器安裝在汽水分離器的底板上，外徑4m，高度0.3m，內(nèi)部容積約3m3，上表面設(shè)計(jì)有φ22mm的溢流小孔，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。泥沙收集器的設(shè)計(jì)功能是讓給水進(jìn)入其內(nèi)，通過(guò)溢流孔流出，獲得相對(duì)靜止環(huán)境，使懸浮在水中的雜質(zhì)得以重力沉淀。為了定期排出收集器中收集的泥渣，裝有進(jìn)水管和吸渣管，進(jìn)水管布置在泥沙收集器上表面，吸渣管布置在泥沙收集器中的最低點(diǎn)，高壓水泵連接進(jìn)水管，抽吸泵連接吸渣管，即實(shí)現(xiàn)泥渣的沖洗。

圖3 泥沙收集器結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of silt collector

3.2 對(duì)策描述

根據(jù)泥沙收集器的結(jié)構(gòu)，在60F型蒸汽發(fā)生器氦檢漏試驗(yàn)的執(zhí)行過(guò)程中，探索總結(jié)了一套排空存水的方法，過(guò)程如圖4所示。

圖4 泥沙收集器的排水過(guò)程Fig.4 Draining process of silt collector

在排水過(guò)程中設(shè)備選擇及操作要點(diǎn)如下：

(1) 應(yīng)用泥沙收集器現(xiàn)有的吸渣管結(jié)構(gòu)，連接真空泵進(jìn)行吸排水。其中真空泵，選擇大功率、高吸入高度的真空泵，如：Warren Rupp公司生產(chǎn)的SANDPIPER系列氣動(dòng)雙隔膜泵。該設(shè)備排水快，但不徹底；

因此，基本公共服務(wù)不管分類如何，應(yīng)強(qiáng)調(diào)其基本性。它是公共服務(wù)應(yīng)該覆蓋的最小范圍?；荆词枪渤潭容^高、公共品的特征較強(qiáng)、與民生密切相關(guān)的公共服務(wù)。公共服務(wù)的基本性，一是看其正面外部性的大小；二是看其是否具有非競(jìng)爭(zhēng)性和非排他性；三是看其是否與民生密切相關(guān)。更高層次的需求，屬于一般公共服務(wù)的范疇，可以由市場(chǎng)機(jī)制補(bǔ)充提供。例如，義務(wù)教育既具有較大的正外部性、非競(jìng)爭(zhēng)性和非排他性，又與民生密切相關(guān)，可以看作基本公共服務(wù)，而高等教育具有準(zhǔn)公共品特征，正外部性較小，就屬于一般公共服務(wù)。

(2) 應(yīng)用真空泵排出大部分的存水后，啟用吸塵器進(jìn)行排水。選擇抽取高度在8m以上吸水吸塵器，加工專用吸管(外徑φ20mm，長(zhǎng)40cm鋼質(zhì)硬管)，插入泥渣收集器上表面溢流小孔和各疏水防沖桶進(jìn)行吸排水。該方法排水徹底，但速度慢；

(3) 熱空氣干燥。經(jīng)過(guò)上述步驟，存水基本排空，下一步進(jìn)行加熱干燥。通過(guò)風(fēng)機(jī)前置加熱器，由三通分別接入進(jìn)水管和吸渣管，對(duì)泥渣收集器內(nèi)部表面進(jìn)行干燥。為保證干燥效果，熱空氣溫度設(shè)置在60℃以上為佳，同時(shí)為確保水汽排放順暢，二次側(cè)兩個(gè)人孔均打開(kāi)；

(4) 干燥空氣吹掃。當(dāng)內(nèi)表面觀察不到水跡時(shí)停熱空氣，接入干燥空氣進(jìn)行吹掃。綜合考慮吹掃效果和設(shè)備安全，吹掃流量應(yīng)控制在1000m3/h左右。

3.3 應(yīng)用效果

在某核電站蒸汽發(fā)生器氦檢漏的執(zhí)行過(guò)程中，應(yīng)用上述排水措施以后，二次側(cè)存水完全排空，烘干迅速合格。二次側(cè)烘干合格后，充入氦氣、安裝設(shè)備和實(shí)施檢查等工作，與過(guò)往工作類似，該部分工作有序推進(jìn)，最終所有蒸汽發(fā)生器傳熱管順利完成氦檢漏工作。

總結(jié)國(guó)內(nèi)外的蒸汽發(fā)生器氦檢漏的試驗(yàn)，其二次側(cè)的干燥工作一直是耗時(shí)最長(zhǎng)，波折最多的步驟。但是，以往試驗(yàn)的蒸汽發(fā)生器，均未出現(xiàn)如60F型蒸汽發(fā)生器一樣，二次側(cè)大量存水的現(xiàn)象。雖然，蒸汽發(fā)生器在制造完成后，設(shè)備廠家同樣會(huì)進(jìn)行氦檢漏工作，但其時(shí)蒸汽發(fā)生器處于臥式，且二次側(cè)未進(jìn)水，所以試驗(yàn)的前提條件完全不一樣。因而本套排空存水和烘干二次側(cè)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)在役期間的蒸汽發(fā)生器氦檢漏試驗(yàn)而言尤其珍貴。

4 總結(jié)

(1) 成功地將氦檢漏技術(shù)應(yīng)用于60F型蒸汽發(fā)生器傳熱管密封性試驗(yàn)，并為后續(xù)同類型蒸汽發(fā)生器的氦檢漏試驗(yàn)提供了參考；

(2) 60F型蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)結(jié)構(gòu)與EDF旗下核電站普遍使用的蒸汽發(fā)生器存在差異，按照以往的經(jīng)驗(yàn)，已不能正常的排空、烘干二次側(cè)；

(3) 摸索開(kāi)發(fā)了排水—干燥—吹掃等一套方法，有效的排空了二次側(cè)存水，快速的烘干了二次側(cè)空間。

[1] 丁訓(xùn)慎.核電站蒸汽發(fā)生器制造和停堆期間的泄漏檢驗(yàn)[J].NDT無(wú)損檢測(cè)，2009(31)：159-161.

[2] RSE-M97(2000)壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備在役檢查規(guī)則[S]. 2000.

[3] 吳孝儉.閆榮鑫.泄漏檢測(cè)[M]. 第1版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4] 曹輝玲.大容器的檢漏技術(shù)[J].真空電子技術(shù)，2005，6：61-65.

HeliumDetectionTechnologyAppliedinNPP60FSteamGeneratorTubesPressurizationTest

ZHOUSheng

(CNNP Nuclear Power Operations Management Co.，Ltd，Zhejiang 314300，China)

The helium detection technology of Steam Generator tubes is a new technology developed by EDF in 1980s what is used to test the pressurization of tubes. This technology is applied in NPP Steam Generator which is belonged to EDF maturely. But the structure of the second side is diffident in 60F Steam Generator at a certain NPP. This article regards the application of the helium detection in this type Steam Generator as an example，introduces the operational principle and procedure of helium detection，recounts the difference in the structure，summarizes the problems found in the test preparation and actualization，forms the corresponding solutions，provides the experience for the same type of Steam Generator.

60F Steam Generator；tubes；helium detection；application

2016-12-27

周 勝(1984—)，男，重慶忠縣人，學(xué)士，工程師，現(xiàn)從事核電站運(yùn)行維護(hù)技術(shù)方面研究

TL48

A

0258-0918(2017)05-0818-04