氦检漏技术在核电站蒸发器传热管密封性试验中的应用

周 胜

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300)

氦检漏技术在核电站蒸发器传热管密封性试验中的应用

周 胜

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300)

蒸汽发生器传热管氦检漏技术，是20世纪80年代法国电力公司(EDF)开发的一种用于检测蒸汽发生器传热管密封性能的新技术，目前该技术已应用于EDF旗下核电站的蒸汽发生器。但是国内某核电站所用的60F型蒸汽发生器在结构上存在差异，本文以该型蒸汽发生器实施的氦检漏试验为例，简要介绍了蒸汽发生器氦检漏的工作原理和步骤、详细描述了该型蒸汽发生器结构上的差异，以及试验过程中出现的问题；总结提炼了相应的解决方法，为同型蒸汽发生器传热管密封性试验提供了经验。

60F型蒸汽发生器；传热管；氦检漏；应用

1 引言

核电站蒸汽发生器中的传热管及其与管板连接的焊缝是一回路、二回路间的压力边界。在正常运行和事故条件下，这些薄壁管子和焊缝一旦损坏(泄漏或断裂)，会造成放射性裂变产物泄漏到二回路，从而会污染汽机厂房。在压水堆核电站的运行中，由于蒸汽发生器传热管或传热管与管板连接焊缝的损坏产生泄漏会引起严重放射性泄漏事故，各核电运营商都十分重视其密封性。核电站蒸汽发生器泄漏检验(LT)的任务是：① 确定某单一泄漏点不超过其控制值；② 找出泄漏点位置，以便进行修补；③ 验证返修后的泄漏情况[1]。

由于水压试验和涡流检查对蒸汽发生器传热管密封性检查有局限性，一般漏点泄漏量很小，采用水压试验从下封头水室检查无法检出较小的泄漏，而涡流检查在管子—管板处存在扫查盲区，且检测灵敏度偏低。因此，采用氦质谱检漏方法是检测微量泄漏比较有效的方法。20世纪80年代初EDF开始探究一种检查蒸汽发生器传热管密封状况的方法。随着利用氦气作为示踪气体并用便携式质谱仪进行泄漏探测的方法和工艺在其他热交换器(如冷凝器)得到验证和应用，到1984年EDF将氦质谱检漏方法成功应用到蒸汽发生器传热管上。后来在规范RSE-M97(2000)版[2]中对蒸汽发生器氦检漏进行了明确要求：在机组十年大修一回路水压试验结束后进行，与一回路水压试验、蒸汽发生器传热管全涡流检查形成一个整体，全方位地对蒸汽发生器传热管密封状况进行检查。

国内某核电站十年大修期间，按照RSE-M97(2000)版规范的要求，实施了蒸汽发生器传热管氦检漏试验。

2 试验原理及过程

2.1 试验原理

蒸汽发生器二次侧排空、隔离、干燥后，充入空气+氦气混合气体；蒸汽发生器一次侧排空、干燥后，在传热管一端的出口安装检测设备，包括管板爬行器，搭载吸枪工具架等。检测开始后，通过吸枪抽取传热管中的气体，送入氦质谱仪进行分析[3-4]。如果发现存在泄漏的传热管，调整抽吸传热管中气体的流量，以流量差分法确定泄漏的具体位置。检测原理如图1所示。整个检测过程由电脑控制管板爬行器，依照歩序实现全自动的检测。为避免氦气本底上升，检测过程中，传热管内部开启新空气进行吹扫。

图1 蒸汽发生器氦检漏原理Fig.1 Helium leak principle of SG

2.2 试验过程

试验过程可拆分为6个关键步骤，如图2所示。其中各试验步骤的主要工作及注意事项如下。

图2 蒸汽发生器氦检漏步骤Fig.2 Helium leak procedure of SG

(1) 二次侧排空、隔离

排空蒸汽发生器二次侧，随即实施隔离，使之成为一个单独且密闭的空间。蒸汽发生器二次侧是否彻底排空将极大影响后续工作进展，因此在本试验阶段，需要查阅结构图纸，分析可能存水的装置并尽可能排空。

(2) 二次侧干燥

干燥工作在排空、隔离后实施，干空气由蒸汽发生器二次侧手孔进入，二次侧人孔排出，通过干空气的流动带走内部湿气。为保证蒸汽发生器内部空间绝对干燥，通过设定裕度值(如：控制露点温度小于环境温度10℃)进行控制。

(3) 二次侧升压

二次侧干燥完成后，关闭二次侧人孔，充压至3bar(a)，检查蒸汽发生器二次侧密封情况。

(4) 一次侧排空、干燥

该工作在二次侧准备期间进行。当一次侧水室和管板没有湿润痕迹时，一次侧的干燥合格。

(5) 一次侧设备安装

一次侧干燥完成后，进行设备安装。该工作在二次侧充入空气和氦气的混合气体前完成，不占用试验的关键路径。注意：在蒸汽发生器二次侧充入氦气前，一次侧开启新空气吹扫，以避免氦气本底上升。

密封结果合格后，充氦气+空气的混合气体至试验状态。试验条件具备后，开始进行数据采集、分析。当条件不满足时，采集停止，需重新建立试验条件。数据采集完成，蒸汽发生器二次侧卸压，恢复系统。

3 异常及对策描述

3.1 异常描述

二次侧烘干期间，历时72h的干燥，干燥参数仍不合格，无法过渡到下一阶段的工作。长时间烘干不达标的原因，是二次侧存在存水，所以精确定位存水位置，并有效的排出对整个试验而言就显得尤其重要。

该核电站所用的60F型蒸汽发生器，由美国西屋设计，设计之初未考虑在役期间进行氦检漏试验，所以二次侧部分结构并未设计排水功能。其中未设计排水功能的结构之一为泥沙收集器，另外二级干燥器疏水管线的防冲击桶，同样没有设计排水功能。综上所述二次侧的存水主要有两处：泥沙收集器和防冲击桶。泥沙收集器结构复杂，内部空间大，存水多，相较而言，防冲击桶的结构简单，内部空间小，存水少，因此排水的关键和难点在于如何排空泥沙收集中的存水。

泥沙收集器安装在汽水分离器的底板上，外径4m，高度0.3m，内部容积约3m3，上表面设计有φ22mm的溢流小孔，其结构如图3所示。泥沙收集器的设计功能是让给水进入其内，通过溢流孔流出，获得相对静止环境，使悬浮在水中的杂质得以重力沉淀。为了定期排出收集器中收集的泥渣，装有进水管和吸渣管，进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点，高压水泵连接进水管，抽吸泵连接吸渣管，即实现泥渣的冲洗。

图3 泥沙收集器结构Fig.3 Structure of silt collector

3.2 对策描述

根据泥沙收集器的结构，在60F型蒸汽发生器氦检漏试验的执行过程中，探索总结了一套排空存水的方法，过程如图4所示。

图4 泥沙收集器的排水过程Fig.4 Draining process of silt collector

在排水过程中设备选择及操作要点如下：

(1) 应用泥沙收集器现有的吸渣管结构，连接真空泵进行吸排水。其中真空泵，选择大功率、高吸入高度的真空泵，如：Warren Rupp公司生产的SANDPIPER系列气动双隔膜泵。该设备排水快，但不彻底；

因此，基本公共服务不管分类如何，应强调其基本性。它是公共服务应该覆盖的最小范围。基本，即是公共程度较高、公共品的特征较强、与民生密切相关的公共服务。公共服务的基本性，一是看其正面外部性的大小；二是看其是否具有非竞争性和非排他性；三是看其是否与民生密切相关。更高层次的需求，属于一般公共服务的范畴，可以由市场机制补充提供。例如，义务教育既具有较大的正外部性、非竞争性和非排他性，又与民生密切相关，可以看作基本公共服务，而高等教育具有准公共品特征，正外部性较小，就属于一般公共服务。

(2) 应用真空泵排出大部分的存水后，启用吸尘器进行排水。选择抽取高度在8m以上吸水吸尘器，加工专用吸管(外径φ20mm，长40cm钢质硬管)，插入泥渣收集器上表面溢流小孔和各疏水防冲桶进行吸排水。该方法排水彻底，但速度慢；

(3) 热空气干燥。经过上述步骤，存水基本排空，下一步进行加热干燥。通过风机前置加热器，由三通分别接入进水管和吸渣管，对泥渣收集器内部表面进行干燥。为保证干燥效果，热空气温度设置在60℃以上为佳，同时为确保水汽排放顺畅，二次侧两个人孔均打开；

(4) 干燥空气吹扫。当内表面观察不到水迹时停热空气，接入干燥空气进行吹扫。综合考虑吹扫效果和设备安全，吹扫流量应控制在1000m3/h左右。

3.3 应用效果

在某核电站蒸汽发生器氦检漏的执行过程中，应用上述排水措施以后，二次侧存水完全排空，烘干迅速合格。二次侧烘干合格后，充入氦气、安装设备和实施检查等工作，与过往工作类似，该部分工作有序推进，最终所有蒸汽发生器传热管顺利完成氦检漏工作。

总结国内外的蒸汽发生器氦检漏的试验，其二次侧的干燥工作一直是耗时最长，波折最多的步骤。但是，以往试验的蒸汽发生器，均未出现如60F型蒸汽发生器一样，二次侧大量存水的现象。虽然，蒸汽发生器在制造完成后，设备厂家同样会进行氦检漏工作，但其时蒸汽发生器处于卧式，且二次侧未进水，所以试验的前提条件完全不一样。因而本套排空存水和烘干二次侧的经验，对在役期间的蒸汽发生器氦检漏试验而言尤其珍贵。

4 总结

(1) 成功地将氦检漏技术应用于60F型蒸汽发生器传热管密封性试验，并为后续同类型蒸汽发生器的氦检漏试验提供了参考；

(2) 60F型蒸汽发生器的二次侧结构与EDF旗下核电站普遍使用的蒸汽发生器存在差异，按照以往的经验，已不能正常的排空、烘干二次侧；

(3) 摸索开发了排水—干燥—吹扫等一套方法，有效的排空了二次侧存水，快速的烘干了二次侧空间。

[1] 丁训慎.核电站蒸汽发生器制造和停堆期间的泄漏检验[J].NDT无损检测，2009(31)：159-161.

[2] RSE-M97(2000)压水堆核电厂核岛机械设备在役检查规则[S]. 2000.

[3] 吴孝俭.闫荣鑫.泄漏检测[M]. 第1版. 北京：机械工业出版社，2005.

[4] 曹辉玲.大容器的检漏技术[J].真空电子技术，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 胜(1984—)，男，重庆忠县人，学士，工程师，现从事核电站运行维护技术方面研究

TL48

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0258-0918(2017)05-0818-04