核电换料水池不锈钢覆面泄漏的氦检

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(苏州热工研究院有限公司，苏州 215004)

氦检主要通过氦质谱仪来实现检测，是精度较高的检漏技术。氦质谱仪的原理是：在高真空工作环境下，不同质量的气体分子变成离子，而后在电磁场中运动并发生偏转，不同质量的离子彼此分开；同时设置一个留有狭缝的挡板，仅允许氦离子流通过并被接收，根据探测到的氦浓度的变化来判断被测元件的泄漏情况[1]。

氦气在空气中含量极少、分子质量小，具有易穿过漏孔、不腐蚀设备、不易被吸附等优点[1]，常用作示踪气体。

氦检最常用的方法有“吸枪法”和“真空法”[1]，两种方法都以探测出的氦气浓度超过本底浓度作为判断泄漏的依据。“吸枪法”无法进行绝对泄漏率的计算，只能定性判断是否泄漏；“真空法”既可以定性判断是否泄漏，又可以通过标准漏孔进行绝对泄漏率的计算。

“吸枪法”就是将被测元件内部充以一定压力的氦气，然后用吸枪在被测元件外表面进行探索，“吸枪法”氦检原理示意如图1所示。当被测元件外表面存在漏孔时，氦气通过漏孔向外逸出。当吸枪在漏孔位置附近时，泄漏出来的氦气随同周围空气一起被吸枪吸入到质谱室中，通过氦气浓度显示的变化来发现和定位缺陷。

图1 “吸枪法”氦检原理示意

“真空法”是通过真空泵将被测件抽一定的真空，将被测元件与氦质谱仪直接连接。对被测元件进行泄漏检测前，利用标准漏孔进行校准；使用喷枪将氦气喷到被测元件疑似泄漏点，通过质谱仪示数的变化进行泄漏点定位及绝对泄漏率的计算，“真空法”氦检原理示意如图2所示。

图2 “真空法”氦检原理示意

氦检技术具有精度高、定位快的优势，已广泛应用于常规火力发电、化工行业及核电运行检修等领域，多次成功解决了真空系统的密封性异常[2]、冷凝器钛管泄漏[3]、蒸汽发生器传热管泄漏检查[4]、发电机及附属系统整体气密性试验不合格等专业问题。

笔者研究出了适用于不锈钢覆面复杂结构的氦检方法，成功解决了阳江核电装罐池不锈钢覆面的泄漏问题，为后续解决反应堆水池、乏燃料水池、燃料传输池等类似结构的泄漏问题提供了参考。

1 相关换料水池的检漏背景

大亚湾核电某机组反应堆水池在大修换料期间，反应堆不锈钢覆面曾出现泄漏异常，经过数次大修期间的目视、渗透检查等检漏手段，未彻底解决该异常；秦山核电某机组也出现类似反应堆水池检漏管漏水的现象，电站未实施不锈钢覆面检漏，而是采用逐步更换反应堆水池不锈钢覆面的技术方案，最终反应堆水池不锈钢覆面滴水问题得到有效治理；阳江核电某机组乏燃料水池在安装调试阶段，其引漏管也曾出现滴漏现象，经过土建、化学及性能试验等多个技术团队联合分析诊断，最终确定该机组乏燃料水池不锈钢覆面完好。

控制区内换料相关水池不锈钢覆面的泄漏会带来放射性的水异常排放、放射性液体污染扩散、人员表面沾污等风险。因此，控制区内换料相关水池出现类似缺陷时，需尽快采取较高精度的检漏措施来定位缺陷位置，消除缺陷，降低放射性液体污染扩散的风险。

2 相关换料水池的结构

核电站相关换料水池是由乏燃料水池、传输水池、装罐池和反应堆水池等一系列结构类似的水池，通过不同的水闸门、传输通道等组成的有机整体。为了确保核电控制区内反应堆水池、乏燃料水池、装罐池等水池内的水不向外渗透，上述水池基础结构均为混凝土，水池内壁为不锈钢覆面整体。覆面整体由许多块不锈钢覆面或角钢组成，在不锈钢覆面之间或覆面与角钢之间通过对接焊焊接密封。

不锈钢覆面下方为混凝土，在焊缝下方为两块宽度不同、对扣在一起的槽钢，其横截面结构示意如图3所示。凹槽向下且宽度较小的槽钢上方就是不锈钢覆面的拼接处，拼接的不锈钢覆面之间留有缝隙，以槽钢作为支撑，在不锈钢覆面之间的缝隙处进行填充焊接。如果焊缝出现裂纹、缝隙等贯穿性缺陷，乏燃料水池、装罐池和燃料传输舱内的水就会进入引漏槽，在相应水池的引漏管出现滴水现象，提示不锈钢覆面出现缺陷。

图3 不锈钢支撑横截面结构示意

3 相关换料水池的氦检漏方案

由于核电控制区内水池及不锈钢覆面的结构特殊，无法对钢覆面下方引漏槽内的空间进行充压或抽真空。充氦太多会导致钢覆面下方空间承压，与运行期间池内满水时承压方向相反，容易造成钢覆面鼓包、焊缝破损等破坏；钢覆面下方引漏槽空间较大，且混凝土局部存在微小缝隙，使用真空泵抽真空无法保持稳定，达不到氦质谱仪质谱室的工作条件。因此，氦检漏常用的“吸枪法”和“真空法”均无法在此类结构上实施，国内缺乏核电控制区内换料相关水池不锈钢覆面氦检的实施经验。法国电力公司作为技术先进的核电运营技术公司，为法国、日本等多个国家核电水池不锈钢覆面实施过氦检，具备控制区内水池不锈钢覆面的氦检技术。

苏州热工研究院有限公司性能试验技术团队从设备结构、风险等角度出发，通过反复论证与试验，克服了不锈钢覆面不能反向承压、引漏槽空间无法抽真空等难点，研究出了适用于核电反应堆水池不锈钢覆面等类似结构的氦检漏方法，即通过水池下方检漏管定压定量注入氦气，在不锈钢覆面上表面焊缝处利用“吸枪法”进行检漏。这样既保证了不锈钢覆面下方空间内的氦气浓度，又不使不锈钢覆面反向承压，相关换料水池氦检原理示意如图4所示。

图4 相关换料水池氦检原理示意

实践证明，该技术方案能够应用于核电换料相关水池不锈钢覆面的检漏，能够检测核电控制区内水池不锈钢覆面及焊缝的缺陷。

4 实际检漏案例

2014年10月，阳江核电某机组运行人员现场巡检时发现乏燃料装罐池不锈钢覆面泄漏监测管道滴漏，检查了周围地沟及附近房间的混凝土和管道，未发现有硼水泄漏迹象，排除了其他可能因素，确定了装罐池不锈钢覆面存在缺陷。

根据上述检漏技术方案，对装罐池不锈钢覆面焊缝逐步进行检漏。检漏前，对周围环境进行本底测量，测量数据约为2.0×10-6Pa·m3·s-1；测试响应时间约为15 s。

检漏过程中，共发现4处焊缝位置检漏数据存在明显升高，分别命名A,B,C,D点，A,B,D点在装罐池底部排水槽区域，C点在装罐池与乏燃料水池水闸门边缘焊缝上，泄漏处缺陷位置如图5所示。

图5 某机组装罐池不锈钢覆面泄漏处缺陷位置

4.1 检漏数据

4.1.1 A点检漏数据

A点检漏数据如图6所示，通过对A点进行初检和复检，两次测量结果均超过本底(环境氦气浓度的测量值)上涨的稳定示值，上涨幅度超过本底1个数量级，说明A点位置存在贯穿性缺陷。

图6 某机组装罐池不锈钢覆面A点检漏数据

4.1.2 B点检漏数据

B点检漏数据如图7所示，通过对B点进行初检和复检，两次测量结果均超过本底上涨的稳定示值，上涨幅度较大，超过本底1个数量级，说明B点位置存在贯穿性缺陷。

图7 某机组装罐池不锈钢覆面B点检漏数据

4.1.3 C点检漏数据

C点检漏数据如图8所示，通过对C点进行初检和复检，两次测量结果均超过本底上涨的稳定示值，上涨幅度超过本底1个数量级，说明C点位置存在贯穿性缺陷。

图8 某机组装罐池不锈钢覆面C点检漏数据

4.1.4 D点检漏数据

图9为D点检漏数据，示值比本底高3个数量级左右，上涨幅度较大，后经过渗透检查证实，该缺陷为明显裂纹。

图9 某机组装罐池不锈钢覆面D点检漏数据

图10 某机组装罐池不锈钢覆面C点处理后的检漏数据

4.2 漏点再鉴定数据

通过氦检手段，确定了装罐池存在4处缺陷。进行处理后，对上述缺陷进行了检漏再鉴定工作。图10为对C点处理后的检漏数据，数据基本没有变化，说明C点缺陷处理完好；由于A，B，D 3个漏点位置比较接近，所以一次完成再鉴定，图11为A，B，D 3个漏点的再鉴定结果，数据基本没有变化，说明A，B，D 3个漏点缺陷处理完好。

图11 某机组装罐池不锈钢覆面A，B，D 3个漏点处理后的检漏数据

4.3 结果

装罐池经过15 d的充水验证，未再次发现漏水现象，装罐池滴水问题得以解决，通过实践证明上述氦检方法在类似水池不锈钢覆面检漏上是可行的。

5 结语

对阳江核电装罐池不锈钢覆面焊缝的氦检案例拓展了氦检在核电领域的应用，证实了氦检技术在核电换料相关水池不锈钢覆面等复杂结构检测上的可行性，为后续解决反应堆水池、乏燃料水池、燃料传输池等类似结构的泄漏检测问题提供了参考。