氦氣檢漏在核電站常規(guī)島真空相關(guān)系統(tǒng)檢測中的應用

劉佩磊，施亦斌

(國核電站運行服務技術(shù)有限公司，上海200233)

0 前言

核電站常規(guī)島與一般火電站類似，其熱力系統(tǒng)中部分子系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下處于負壓狀態(tài)。而負壓狀態(tài)則由常規(guī)島內(nèi)數(shù)臺真空泵機組的運行維持，涉及負壓的子系統(tǒng)在常規(guī)島內(nèi)主要包括：凝結(jié)水系統(tǒng)、汽輪機系統(tǒng)、冷凝器真空系統(tǒng)、高壓給水加熱系統(tǒng)、低壓給水加熱系統(tǒng)等。由于涉及負壓的真空相關(guān)系統(tǒng)部件眾多，管道、容器、閥門、法蘭等等在運行過程中會出現(xiàn)不同程度的泄漏情況。一般不影響系統(tǒng)真空度的情況下一般泄漏無需處理，但是一旦系統(tǒng)真空度低于運行要求或者系統(tǒng)蓄氧量超過報警值，則表示系統(tǒng)中存在超標泄漏點，需要立即進行處理。傳統(tǒng)的檢測方法對于大系統(tǒng)、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(nèi)某核電站常規(guī)島機組真空相關(guān)系統(tǒng)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(jié)、優(yōu)化和歸納，為同類型電站機組真空相關(guān)系統(tǒng)進行泄漏檢查提供參考及幫助。

1 檢漏技術(shù)

1.1 檢測原理

對于負壓狀態(tài)的真空相關(guān)系統(tǒng)可以使用真空噴氦法氦檢漏技術(shù)。其原理為：使用真空泵或檢漏儀對被檢部件內(nèi)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(nèi)部，再進入氦質(zhì)譜檢漏儀，從而實現(xiàn)被檢部件泄漏量檢測見圖1 所示。真空法的優(yōu)點是檢測靈敏度高，可以精確定位，能實現(xiàn)大容器或復雜系統(tǒng)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(tài)。

圖1 檢漏原理示意圖

1.2 技術(shù)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(nèi)［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(zhì)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(cè)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(zhì)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(diào)整節(jié)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(tǒng)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(tǒng)越龐大，該間隔時間也越長。不同檢測系統(tǒng)和部件響應時間均有所不同，對于復雜系統(tǒng)的應用時間還需要考慮系統(tǒng)運行狀態(tài)，已現(xiàn)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(nèi)某核電站二號機組在日常運行過程中，正常狀態(tài)當汽輪機在額定功率運行時，凝汽器真空度在11.8 kPa(循環(huán)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(huán)冷卻水溫度為18 ℃)。三臺水環(huán)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(tǒng)中出現(xiàn)泄漏，需要進行檢漏。

2.1 檢測范圍

二號機組真空相關(guān)系統(tǒng)部件共9 個子系統(tǒng)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(jié)、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(jié)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(tǒng)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(jiān)測主蒸汽系統(tǒng)核泄漏的輻射防護監(jiān)測系統(tǒng)（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(tǒng)靈敏度影響不大。在氦質(zhì)譜儀到測試狀態(tài)后，在系統(tǒng)離取樣點最遠端系統(tǒng)開口處施加一定量氦氣進入系統(tǒng)，測量從施放完氦氣起到氦質(zhì)譜儀探測出氦氣所需時間，即為系統(tǒng)的最大響應時間，二號機組系統(tǒng)最大響應時間為3 min。

2.3 對漏點可能區(qū)域的分析

由于真空相關(guān)系統(tǒng)龐大，檢漏前必須仔細分析與泄漏相關(guān)的各個子系統(tǒng)的特點，以便逐個檢查，這樣才能運用氦質(zhì)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(tǒng)一般可能存在漏點的子系統(tǒng)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(jié)、凝結(jié)水泵、汽輪機低壓缸軸封、真空破壞閥。

2.4 執(zhí)行檢測

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

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

(3)將氦氣(示漏氣體)施于被檢區(qū)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(tǒng)反應時間，記錄氦質(zhì)譜儀讀數(shù)；

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

(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(tǒng)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(jié)構(gòu)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(shù)在1.0 × 10-11Pa·m3/s 至 1.0 × 10-10Pa·m3/s，所以高于本底一個數(shù)量級的顯示都應懷疑為泄漏顯示［2］。經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)該核電站二號機組一臺真空破壞閥存在高于本底4 個數(shù)量級的顯示，確定泄漏點。

3 結(jié)論

(1)氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)用于核電站常規(guī)島的檢漏工作，具有操作方便、靈敏度高和無損傷性等優(yōu)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(jīng)濟損失。

(2)氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)對于復雜系統(tǒng)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(qū)域的泄漏檢測具備一定優(yōu)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(tǒng)進行漏率的比較和估算，下一步將是繼續(xù)完善噴氦法在系統(tǒng)泄漏檢測中的應用，提高檢測效率。

總之對于電站大型系統(tǒng)或者類型部件的檢測，都需要多種檢測方法，無論傳統(tǒng)常規(guī)的檢測方法還是非常規(guī)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(xù)探討研究以完善其不足之處，擴展其應用范圍。