核電換料水池不銹鋼覆面泄漏的氦檢

  針對核電換料水池不銹鋼覆面容易漏檢的問題，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，研究出了適用于不銹鋼覆面復(fù)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(yīng)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。

   氦檢主要通過氦質(zhì)譜儀來實(shí)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(yùn)動(dòng)并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不同質(zhì)量的離子彼此分開；同時(shí)設(shè)置一個(gè)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。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(shè)備、不易被吸附等優(yōu)點(diǎn)，常用作示蹤氣體。

   氦檢最常用的方法有“吸機(jī)法”和“真空法”，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)。“吸機(jī)法”無法進(jìn)行絕對泄漏率的計(jì)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(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行絕對泄漏率的計(jì)算。

“吸機(jī)法”就是將被測元件內(nèi)部充以一定壓力的氦氣，然后用吸機(jī)在被測元件外表面進(jìn)行探索，“吸機(jī)法”氦檢原理示意如圖所示。當(dāng)被測元件外表面存在漏孔時(shí)，氦氣通過漏孔向外逸出。當(dāng)吸機(jī)在漏孔位置附近時(shí)，泄漏出來的氦氣隨同周圍空氣一起被吸機(jī)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。

“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(jìn)行泄漏檢測前，利用標(biāo)準(zhǔn)漏孔進(jìn)行校準(zhǔn)；使用噴機(jī)將氦氣噴到被測元件疑似泄漏點(diǎn)，通過質(zhì)譜儀示數(shù)的變化進(jìn)行泄漏點(diǎn)定位及絕對泄漏率的計(jì)算，“真空法”氦檢原理示意如圖所示。

   氦檢技術(shù)具有精度高、定位快的優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于常規(guī)火力發(fā)電、化工行業(yè)及核電運(yùn)行檢修等領(lǐng)域，多次成功解決了真空系統(tǒng)的密封性異常、冷凝器鈦管泄漏、蒸汽發(fā)生器傳熱管泄漏檢查、發(fā)電機(jī)及附屬系統(tǒng)整體氣密性試驗(yàn)不合格等專業(yè)問題。筆者研究出了適用于不銹鋼覆面復(fù)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(yīng)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。

一、相關(guān)換料水池的檢漏背景

    大亞灣核電某機(jī)組反應(yīng)堆水池在大修換料期間，反應(yīng)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(jī)組也出現(xiàn)類似反應(yīng)堆水池檢漏管漏水的現(xiàn)象，電站未實(shí)施不銹鋼覆面檢漏，而是采用逐步更換反應(yīng)堆水池不銹鋼覆面的技術(shù)方案，最終反應(yīng)堆水池不銹鋼覆面滴水問題得到有效治理；陽江核電某機(jī)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(xué)及性能試驗(yàn)等多個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合分析診斷，最終確定該機(jī)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(huì)帶來放射性的水異常排放、放射性液體污染擴(kuò)散、人員表面沾污等風(fēng)險(xiǎn)。因此，控制區(qū)內(nèi)換料相關(guān)水池出現(xiàn)類似缺陷時(shí)，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(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。

二、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(yīng)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(jī)整體。為了確保核電控制區(qū)內(nèi)反應(yīng)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(chǔ)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(jìn)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(huì)進(jìn)入引漏槽，在相應(yīng)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。

三、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(jìn)行充壓或抽真空。充氦太多會(huì)導(dǎo)致鋼覆面下方空間承壓，與運(yùn)行期間池內(nèi)滿水時(shí)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(dá)不到氦質(zhì)譜儀質(zhì)譜室的工作條件。因此，氦檢漏常用的“吸機(jī)法”和“真空法”均無法在此類結(jié)構(gòu)上實(shí)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(shí)施經(jīng)驗(yàn)。法國電力公司作為技術(shù)先進(jìn)的核電運(yùn)營技術(shù)公司，為法國、日本等多個(gè)國家核電水池不銹鋼覆面實(shí)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(yàn)技術(shù)團(tuán)隊(duì)從設(shè)備結(jié)構(gòu)、風(fēng)險(xiǎn)等角度出發(fā)，通過反復(fù)論證與試驗(yàn)，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(diǎn)，研究出了適用于核電反應(yīng)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“吸機(jī)法”進(jìn)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。

實(shí)踐證明，該技術(shù)方案能夠應(yīng)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。

   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(lǐng)域的應(yīng)用，證實(shí)了氦檢技術(shù)在核電換料相關(guān)水池不銹鋼覆面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測上的可行性，為后續(xù)解決反應(yīng)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。