核電換料水池不銹鋼覆面泄漏的氦檢

,,

(蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004)

氦檢主要通過氦質(zhì)譜儀來實現(xiàn)檢測，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，而后在電磁場中運動并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不同質(zhì)量的離子彼此分開；同時設置一個留有狹縫的擋板，僅允許氦離子流通過并被接收，根據(jù)探測到的氦濃度的變化來判斷被測元件的泄漏情況[1]。

氦氣在空氣中含量極少、分子質(zhì)量小，具有易穿過漏孔、不腐蝕設備、不易被吸附等優(yōu)點[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]，兩種方法都以探測出的氦氣濃度超過本底濃度作為判斷泄漏的依據(jù)?！拔鼧尫ā睙o法進行絕對泄漏率的計算，只能定性判斷是否泄漏；“真空法”既可以定性判斷是否泄漏，又可以通過標準漏孔進行絕對泄漏率的計算。

“吸槍法”就是將被測元件內(nèi)部充以一定壓力的氦氣，然后用吸槍在被測元件外表面進行探索，“吸槍法”氦檢原理示意如圖1所示。當被測元件外表面存在漏孔時，氦氣通過漏孔向外逸出。當吸槍在漏孔位置附近時，泄漏出來的氦氣隨同周圍空氣一起被吸槍吸入到質(zhì)譜室中，通過氦氣濃度顯示的變化來發(fā)現(xiàn)和定位缺陷。

圖1 “吸槍法”氦檢原理示意

“真空法”是通過真空泵將被測件抽一定的真空，將被測元件與氦質(zhì)譜儀直接連接。對被測元件進行泄漏檢測前，利用標準漏孔進行校準；使用噴槍將氦氣噴到被測元件疑似泄漏點，通過質(zhì)譜儀示數(shù)的變化進行泄漏點定位及絕對泄漏率的計算，“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，已廣泛應用于常規(guī)火力發(fā)電、化工行業(yè)及核電運行檢修等領域，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)電機及附屬系統(tǒng)整體氣密性試驗不合格等專業(yè)問題。

筆者研究出了適用于不銹鋼覆面復雜結(jié)構(gòu)的氦檢方法，成功解決了陽江核電裝罐池不銹鋼覆面的泄漏問題，為后續(xù)解決反應堆水池、乏燃料水池、燃料傳輸池等類似結(jié)構(gòu)的泄漏問題提供了參考。

1 相關(guān)換料水池的檢漏背景

大亞灣核電某機組反應堆水池在大修換料期間，反應堆不銹鋼覆面曾出現(xiàn)泄漏異常，經(jīng)過數(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；秦山核電某機組也出現(xiàn)類似反應堆水池檢漏管漏水的現(xiàn)象，電站未實施不銹鋼覆面檢漏，而是采用逐步更換反應堆水池不銹鋼覆面的技術(shù)方案，最終反應堆水池不銹鋼覆面滴水問題得到有效治理；陽江核電某機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)過土建、化學及性能試驗等多個技術(shù)團隊聯(lián)合分析診斷，最終確定該機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帶來放射性的水異常排放、放射性液體污染擴散、人員表面沾污等風險。因此，控制區(qū)內(nèi)換料相關(guān)水池出現(xiàn)類似缺陷時，需盡快采取較高精度的檢漏措施來定位缺陷位置，消除缺陷，降低放射性液體污染擴散的風險。

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、裝罐池和反應堆水池等一系列結(jié)構(gòu)類似的水池，通過不同的水閘門、傳輸通道等組成的有機整體。為了確保核電控制區(qū)內(nèi)反應堆水池、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對接焊焊接密封。

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)的水就會進入引漏槽，在相應水池的引漏管出現(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，無法對鋼覆面下方引漏槽內(nèi)的空間進行充壓或抽真空。充氦太多會導致鋼覆面下方空間承壓，與運行期間池內(nèi)滿水時承壓方向相反，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法保持穩(wěn)定，達不到氦質(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”均無法在此類結(jié)構(gòu)上實施，國內(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施經(jīng)驗。法國電力公司作為技術(shù)先進的核電運營技術(shù)公司，為法國、日本等多個國家核電水池不銹鋼覆面實施過氦檢，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技術(shù)團隊從設備結(jié)構(gòu)、風險等角度出發(fā)，通過反復論證與試驗，克服了不銹鋼覆面不能反向承壓、引漏槽空間無法抽真空等難點，研究出了適用于核電反應堆水池不銹鋼覆面等類似結(jié)構(gòu)的氦檢漏方法，即通過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

實踐證明，該技術(shù)方案能夠應用于核電換料相關(guān)水池不銹鋼覆面的檢漏，能夠檢測核電控制區(qū)內(nèi)水池不銹鋼覆面及焊縫的缺陷。

4 實際檢漏案例

2014年10月，陽江核電某機組運行人員現(xiàn)場巡檢時發(fā)現(xiàn)乏燃料裝罐池不銹鋼覆面泄漏監(jiān)測管道滴漏，檢查了周圍地溝及附近房間的混凝土和管道，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，對裝罐池不銹鋼覆面焊縫逐步進行檢漏。檢漏前，對周圍環(huán)境進行本底測量，測量數(shù)據(jù)約為2.0×10-6Pa·m3·s-1；測試響應時間約為15 s。

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

圖5 某機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點檢漏數(shù)據(jù)

A點檢漏數(shù)據(jù)如圖6所示，通過對A點進行初檢和復檢，兩次測量結(jié)果均超過本底(環(huán)境氦氣濃度的測量值)上漲的穩(wěn)定示值，上漲幅度超過本底1個數(shù)量級，說明A點位置存在貫穿性缺陷。

圖6 某機組裝罐池不銹鋼覆面A點檢漏數(shù)據(jù)

4.1.2 B點檢漏數(shù)據(jù)

B點檢漏數(shù)據(jù)如圖7所示，通過對B點進行初檢和復檢，兩次測量結(jié)果均超過本底上漲的穩(wěn)定示值，上漲幅度較大，超過本底1個數(shù)量級，說明B點位置存在貫穿性缺陷。

圖7 某機組裝罐池不銹鋼覆面B點檢漏數(shù)據(jù)

4.1.3 C點檢漏數(shù)據(jù)

C點檢漏數(shù)據(jù)如圖8所示，通過對C點進行初檢和復檢，兩次測量結(jié)果均超過本底上漲的穩(wěn)定示值，上漲幅度超過本底1個數(shù)量級，說明C點位置存在貫穿性缺陷。

圖8 某機組裝罐池不銹鋼覆面C點檢漏數(shù)據(jù)

4.1.4 D點檢漏數(shù)據(jù)

圖9為D點檢漏數(shù)據(jù)，示值比本底高3個數(shù)量級左右，上漲幅度較大，后經(jīng)過滲透檢查證實，該缺陷為明顯裂紋。

圖9 某機組裝罐池不銹鋼覆面D點檢漏數(shù)據(jù)

圖10 某機組裝罐池不銹鋼覆面C點處理后的檢漏數(shù)據(jù)

4.2 漏點再鑒定數(shù)據(jù)

通過氦檢手段，確定了裝罐池存在4處缺陷。進行處理后，對上述缺陷進行了檢漏再鑒定工作。圖10為對C點處理后的檢漏數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)基本沒有變化，說明C點缺陷處理完好；由于A，B，D 3個漏點位置比較接近，所以一次完成再鑒定，圖11為A，B，D 3個漏點的再鑒定結(jié)果，數(shù)據(jù)基本沒有變化，說明A，B，D 3個漏點缺陷處理完好。

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

4.3 結(jié)果

裝罐池經(jīng)過15 d的充水驗證，未再次發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，裝罐池滴水問題得以解決，通過實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

對陽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域的應用，證實了氦檢技術(shù)在核電換料相關(guān)水池不銹鋼覆面等復雜結(jié)構(gòu)檢測上的可行性，為后續(xù)解決反應堆水池、乏燃料水池、燃料傳輸池等類似結(jié)構(gòu)的泄漏檢測問題提供了參考。