论文部分内容阅读
摘 要：核电工程工艺复杂、对放射性物质释放控制极其严格，在核级管道工程中采用氦气检漏技术能够准确有效的检测工艺系统严密性，从而保障核电安全运行与人们的健康。本文重点介绍了氦气检漏技术的正压吸枪法、正压氦罩法、真空喷氦法和真空氦罩法的检测工艺及其优缺点，并选择正压吸枪法和真空喷氦法对在核电管道工程泄漏性检测中如何应用进行了详细阐述。
关键词：氦气检漏技术；核电；管道工程
中图分类号： TL4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-67-2
0 引言
核电工程工艺复杂、系统繁多，对放射性物质释放量控制极其严格，其中核级管道系统安装质量直接关系到核电站的安全运行与人们的健康，在其安装完成后需要进行泄露性检测，以发现可能存在的微小泄漏，以保证工艺系统在运行期间的严密性。氦气检漏技术以氦气作为示踪气体的无损检测技术，相较于其他检漏技术具有灵敏度高、检测速度快、定位准确的特点，检测灵敏度可以高达10-12Pa.m3/s，响应时间可以缩短至3秒；此外，氦气还具有无毒、无破坏性和质量轻的特点，应用可靠安全。因此，氦气检漏技术非常适用于核电工程管道系统的泄漏性检测。
1 氦气检漏技术的主要方法
氦气检漏技术由于应用环境和应用对象不同，其分类方式也有所不同，按照检测过程中氦气的流向可划分为正压法检漏和真空法检漏，现分别介绍如下：
1.1 正压法检漏
正压法是对被检对象内充入一定压力的氦气或氦气混合气体（一般以氮气作为混合成分），在被检对象内外形成压差，当被检对象表面存在漏孔或缝隙时，氦气就会在压差的条件下通过漏孔或缝隙进入被检对象外表面，从而实现对被检对象的泄漏检测。按照泄漏氦气收集方式的不同，正压法又可分为正压吸枪法和正压氦罩法。
①正压吸枪法
正压吸枪法采用检漏仪吸枪对被检对象外表面直接进行扫查，实现对泄漏部位的精确定位，如图1所示。该方法是一种即可以定性又可以定位的方法，检测灵敏度高、操作简单，适用于大型设备或系统的泄漏检测。
②正压氦罩法
正压氦罩法采用一个密闭的箱体将被检对象整体罩起来，然后使用检漏仪吸枪测量一定时间内氦罩内氦气浓度变化量，实现对被检对象漏率的精确测量，如图2所示。氦罩累积法的优点是可以实现对微小泄漏的检测，但对于检测部位较多则无法同时对漏点进行定位，比较使用于单一设备且表面积不大的被检对象。
1.2 真空法检漏
真空法是利用真空泵将被检对象内部抽成真空，然后在被检对象外表面施加氦气，当被检对象表面有漏孔时，氦气就会通过漏孔进入被检对象内部，再进入氦质谱检漏仪，从而实现被检对象泄漏检测。按照施加氦气方法的不同，可以将真空法分为真空喷氦法和真空氦罩法。
①真空喷氦法
真空喷氦法采用喷枪向被检对象外表面喷吹氦气，可以实现漏孔的精确定位，如图3所示。该方法是一种定性检测技术，操作简单，可以检测复杂和大型设备。
②真空氦罩法
真空氦罩法采用一个密闭的箱体将罩将被检对象整体罩起来，在罩内充满一定浓度的氦气，可以实现被检对象总漏率的测量，如图4所示。该方法可以直接测定被检对象的泄漏情况，但无法实现对泄漏位置的准确定位。
2 氦气泄漏技术在核电管道工程中的应用
构成核电工艺系统的管道工程长达数万米，而其中的核级管道系统由于关乎核电的运行安全，其施工质量要求极其严格，管道系统中的焊口、阀门填料函、仪表接口、设备接口、法兰连接处是最易出现泄漏的位置，而常规的气压试验或水压试验手段，对于微小的泄漏往往难以发现，氦气作为示踪气体具有极高的灵敏度且具有无腐蚀的特点，氦气检漏技术为核电工艺系统的泄露性检测提供了更为可靠的无损检测手段。现针对其具体的检测方法应用予以阐述。
2.1 检测方法选择
核电管道工程中的氦气检漏方法，考虑到管道系统分布广、检测点繁多，可主要选择正压吸枪法和真空喷氦法。在对管道系统进行氦气检漏前，应按照设计要求对被检对象进行充压或抽真空，然后使用氦质谱检漏仪进行检测。
2.2 检测先决条件
①检测人员
负责氦气检漏工作的人员应按《民用核安全设备无损检验人员资格管理规定》（HAF602）的要求通过培训、考核并确定相应的资格。取得1级检测资格的人员只允许实施检测操作（不包括判定），取得2级资格以上的人员允许检测的实施以及检测结果判定与编写报告。
②检验设备
用于检测的氦气质谱仪、计量器具和仪器等应进行标定且合格；确定好参考漏孔的安装部位，并将标准漏孔尽可能地安装在测试回路中对检漏仪响应最不利的部位。
③检测气体
示踪气体采用工业氦气，符合GB4844.2-1995，纯度≥99.99%；用于混合的气体采用工业氮气，符合GB/T8979-2008，纯度≥99.99%。
④检测环境
检漏仪工作条件应满足温度5℃～35℃、湿度≤80%，附件无强电磁场、无剧烈震动、无腐蚀气体，被检管道系统的内外表面均应清洗、除油脂、并充分干燥与清洁，确保无妨碍检测准确度的污物。
⑤被检管道系统
被检管道系统的管道及其组成件全部按设计文件完成安装并验收合格；常规的管道系统压力试压合格并完成系统吹扫。将被检管道系统的开口处及关联系统和测量装置使用阀门或盲板封堵，密封用材料应不含示踪气体。
⑥检测工作文件
检测前应编制相应的技术方案，明确被检管道系统边界、系统流程、封堵措施、检测方法、检测步骤与合格标准等；同时还应编制用于控制检测工作开展的质量计划，使检测过程与结果处于受控。 2.3 正压吸枪法检测方法
①系统充压
首次充压之前，应对管道系统部分抽真空，以尽可能去除管道内残余的水分和杂质气体。然后采用氦气-氮气混合气体作为加压气体，氦气的浓度在设计压力下的体积百分比应不低于10%，充气压力为被检系统的设计压力。
向管道系统加压时应逐级缓慢升压，首先向系统逐步通入体积百分比至少10%的纯氦气，氦气达到预定量后，再逐步充入氮气直至试验压力，然后保压时间至少30min以上。
②仪器校准
在将氦质谱检漏仪吸枪与仪器连接后、进行检测前的系统校准时，应将吸枪嘴在校准漏孔上扫查。扫查时，吸枪嘴与标准漏孔应保持3mm以内，对被检系统的扫查速率不应超过能检出标准漏孔泄露的速率。
在系统校准时，应观察出现一个指示信号以及使仪器输出达到稳定所需的时间，通常希望这个时间尽可能短，以减少确定泄露位置所需的时间。
③泄漏检测
检测场所应避免过度通风而使检测所要求的灵敏度降低。检测时使用喷枪嘴对被检表面进行扫查，距离保持在6mm以内，如果系统校准时采用更小的距离，则扫查时的距离不小于该距离。
检测时，应巡回检测系统内的所有管线和设备，包括设备法兰连接区、阀门填料函、螺纹连接处、排气阀、仪表管、管道焊缝等所有密封点。
计算被检位置的漏率Q，小于设计容许的最大漏率，则该区域认定为合格；否则，应进行标记返修。
2.4 真空喷氦法检测方法
①系统抽真空
要对被检测系统进行吹扫干燥，干燥的温度和时间要保证符合要求，温度应当<60℃，时间应当>2小时，干燥结束后要启动真空泵，将被检系统抽成真空。
②仪器校准
将真空泵的抽气速率保持稳定，在压力小于10Pa的状态下，连通检漏仪质谱室和被检测的系统，并将质谱仪调整到检测状态，对检测系统内的氦气本底数值进行测定。
将参考漏孔打开，使氦气进入被检系统之中，质谱仪会显示出氦峰的变化值，测定参考漏孔的数值和系统反应时间。然后关闭参考漏孔，记录质谱仪稳定的时间，并记录二次本底数值。
③检测
当系统在10Pa的状态下实施检测，用氦气喷枪向系统的检测部位引入氦气，并运用氦浓度仪设备测出密封部位的氦气浓度CHe，要使氦气浓度CHe≥10%，记录该浓度状态下的时间T1。
从T1时间段开始到检测确定系统是否泄漏的时间T2的过程中，T2的响应时间至少应当是系统反应时间的3倍，同时，其响应的时间应当至少持续10分钟，如果在T2时间段之内，检漏仪没有出现读数的变化，则证实这个检测部位没有泄漏的问题。相反，如果在这个T2时间段之内，质谱仪出现了读数变化，则说明被检测部位有泄漏现象。
3 结束语
目前，我国的核电建设事业正在蓬勃发展，“走出去”的步伐也在加快，核电建设质量是保证核电安全运行的重要环节。氦气检漏技术是一种高效、快捷、准确的无损检测方式，具有其他检测方法无可比拟的优势特征，氦气检漏技术在核电管道工程中的应用，为核电工艺系统安全运行提供了重要保障。此外，由于核电系统与设备的复杂性，氦气检漏技术应用时应充分了被检对象的结构和特征，依照相关的设计技术要求，选择有针对性的检测方法，方能实施更为准确、有效的检测。
参 考 文 献
[1] 解苑明，季维同，谢学涛.核电站蒸汽发生器泄漏监测——氮-16辐射监测仪概述[J].中国核电，2010（01）.
[2] 杨炯，谢圣华，钱征宇.核电厂凝汽器在役氦检漏技术[J].无损检测，2011（04）.
[3] 赵澜，张涤新，冯焱，成永军，卢耀文，徐婕，李莉，盛学民.氦质谱检漏仪现场校准方法研究[J].真空，2010（01）.
关键词：氦气检漏技术；核电；管道工程
中图分类号： TL4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-67-2
0 引言
核电工程工艺复杂、系统繁多，对放射性物质释放量控制极其严格，其中核级管道系统安装质量直接关系到核电站的安全运行与人们的健康，在其安装完成后需要进行泄露性检测，以发现可能存在的微小泄漏，以保证工艺系统在运行期间的严密性。氦气检漏技术以氦气作为示踪气体的无损检测技术，相较于其他检漏技术具有灵敏度高、检测速度快、定位准确的特点，检测灵敏度可以高达10-12Pa.m3/s，响应时间可以缩短至3秒；此外，氦气还具有无毒、无破坏性和质量轻的特点，应用可靠安全。因此，氦气检漏技术非常适用于核电工程管道系统的泄漏性检测。
1 氦气检漏技术的主要方法
氦气检漏技术由于应用环境和应用对象不同，其分类方式也有所不同，按照检测过程中氦气的流向可划分为正压法检漏和真空法检漏，现分别介绍如下：
1.1 正压法检漏
正压法是对被检对象内充入一定压力的氦气或氦气混合气体（一般以氮气作为混合成分），在被检对象内外形成压差，当被检对象表面存在漏孔或缝隙时，氦气就会在压差的条件下通过漏孔或缝隙进入被检对象外表面，从而实现对被检对象的泄漏检测。按照泄漏氦气收集方式的不同，正压法又可分为正压吸枪法和正压氦罩法。
①正压吸枪法
正压吸枪法采用检漏仪吸枪对被检对象外表面直接进行扫查，实现对泄漏部位的精确定位，如图1所示。该方法是一种即可以定性又可以定位的方法，检测灵敏度高、操作简单，适用于大型设备或系统的泄漏检测。
②正压氦罩法
正压氦罩法采用一个密闭的箱体将被检对象整体罩起来，然后使用检漏仪吸枪测量一定时间内氦罩内氦气浓度变化量，实现对被检对象漏率的精确测量，如图2所示。氦罩累积法的优点是可以实现对微小泄漏的检测，但对于检测部位较多则无法同时对漏点进行定位，比较使用于单一设备且表面积不大的被检对象。
1.2 真空法检漏
真空法是利用真空泵将被检对象内部抽成真空，然后在被检对象外表面施加氦气，当被检对象表面有漏孔时，氦气就会通过漏孔进入被检对象内部，再进入氦质谱检漏仪，从而实现被检对象泄漏检测。按照施加氦气方法的不同，可以将真空法分为真空喷氦法和真空氦罩法。
①真空喷氦法
真空喷氦法采用喷枪向被检对象外表面喷吹氦气，可以实现漏孔的精确定位，如图3所示。该方法是一种定性检测技术，操作简单，可以检测复杂和大型设备。
②真空氦罩法
真空氦罩法采用一个密闭的箱体将罩将被检对象整体罩起来，在罩内充满一定浓度的氦气，可以实现被检对象总漏率的测量，如图4所示。该方法可以直接测定被检对象的泄漏情况，但无法实现对泄漏位置的准确定位。
2 氦气泄漏技术在核电管道工程中的应用
构成核电工艺系统的管道工程长达数万米，而其中的核级管道系统由于关乎核电的运行安全，其施工质量要求极其严格，管道系统中的焊口、阀门填料函、仪表接口、设备接口、法兰连接处是最易出现泄漏的位置，而常规的气压试验或水压试验手段，对于微小的泄漏往往难以发现，氦气作为示踪气体具有极高的灵敏度且具有无腐蚀的特点，氦气检漏技术为核电工艺系统的泄露性检测提供了更为可靠的无损检测手段。现针对其具体的检测方法应用予以阐述。
2.1 检测方法选择
核电管道工程中的氦气检漏方法，考虑到管道系统分布广、检测点繁多，可主要选择正压吸枪法和真空喷氦法。在对管道系统进行氦气检漏前，应按照设计要求对被检对象进行充压或抽真空，然后使用氦质谱检漏仪进行检测。
2.2 检测先决条件
①检测人员
负责氦气检漏工作的人员应按《民用核安全设备无损检验人员资格管理规定》（HAF602）的要求通过培训、考核并确定相应的资格。取得1级检测资格的人员只允许实施检测操作（不包括判定），取得2级资格以上的人员允许检测的实施以及检测结果判定与编写报告。
②检验设备
用于检测的氦气质谱仪、计量器具和仪器等应进行标定且合格；确定好参考漏孔的安装部位，并将标准漏孔尽可能地安装在测试回路中对检漏仪响应最不利的部位。
③检测气体
示踪气体采用工业氦气，符合GB4844.2-1995，纯度≥99.99%；用于混合的气体采用工业氮气，符合GB/T8979-2008，纯度≥99.99%。
④检测环境
检漏仪工作条件应满足温度5℃～35℃、湿度≤80%，附件无强电磁场、无剧烈震动、无腐蚀气体，被检管道系统的内外表面均应清洗、除油脂、并充分干燥与清洁，确保无妨碍检测准确度的污物。
⑤被检管道系统
被检管道系统的管道及其组成件全部按设计文件完成安装并验收合格；常规的管道系统压力试压合格并完成系统吹扫。将被检管道系统的开口处及关联系统和测量装置使用阀门或盲板封堵，密封用材料应不含示踪气体。
⑥检测工作文件
检测前应编制相应的技术方案，明确被检管道系统边界、系统流程、封堵措施、检测方法、检测步骤与合格标准等；同时还应编制用于控制检测工作开展的质量计划，使检测过程与结果处于受控。 2.3 正压吸枪法检测方法
①系统充压
首次充压之前，应对管道系统部分抽真空，以尽可能去除管道内残余的水分和杂质气体。然后采用氦气-氮气混合气体作为加压气体，氦气的浓度在设计压力下的体积百分比应不低于10%，充气压力为被检系统的设计压力。
向管道系统加压时应逐级缓慢升压，首先向系统逐步通入体积百分比至少10%的纯氦气，氦气达到预定量后，再逐步充入氮气直至试验压力，然后保压时间至少30min以上。
②仪器校准
在将氦质谱检漏仪吸枪与仪器连接后、进行检测前的系统校准时，应将吸枪嘴在校准漏孔上扫查。扫查时，吸枪嘴与标准漏孔应保持3mm以内，对被检系统的扫查速率不应超过能检出标准漏孔泄露的速率。
在系统校准时，应观察出现一个指示信号以及使仪器输出达到稳定所需的时间，通常希望这个时间尽可能短，以减少确定泄露位置所需的时间。
③泄漏检测
检测场所应避免过度通风而使检测所要求的灵敏度降低。检测时使用喷枪嘴对被检表面进行扫查，距离保持在6mm以内，如果系统校准时采用更小的距离，则扫查时的距离不小于该距离。
检测时，应巡回检测系统内的所有管线和设备，包括设备法兰连接区、阀门填料函、螺纹连接处、排气阀、仪表管、管道焊缝等所有密封点。
计算被检位置的漏率Q，小于设计容许的最大漏率，则该区域认定为合格；否则，应进行标记返修。
2.4 真空喷氦法检测方法
①系统抽真空
要对被检测系统进行吹扫干燥，干燥的温度和时间要保证符合要求，温度应当<60℃，时间应当>2小时，干燥结束后要启动真空泵，将被检系统抽成真空。
②仪器校准
将真空泵的抽气速率保持稳定，在压力小于10Pa的状态下，连通检漏仪质谱室和被检测的系统，并将质谱仪调整到检测状态，对检测系统内的氦气本底数值进行测定。
将参考漏孔打开，使氦气进入被检系统之中，质谱仪会显示出氦峰的变化值，测定参考漏孔的数值和系统反应时间。然后关闭参考漏孔，记录质谱仪稳定的时间，并记录二次本底数值。
③检测
当系统在10Pa的状态下实施检测，用氦气喷枪向系统的检测部位引入氦气，并运用氦浓度仪设备测出密封部位的氦气浓度CHe，要使氦气浓度CHe≥10%，记录该浓度状态下的时间T1。
从T1时间段开始到检测确定系统是否泄漏的时间T2的过程中，T2的响应时间至少应当是系统反应时间的3倍，同时，其响应的时间应当至少持续10分钟，如果在T2时间段之内，检漏仪没有出现读数的变化，则证实这个检测部位没有泄漏的问题。相反，如果在这个T2时间段之内，质谱仪出现了读数变化，则说明被检测部位有泄漏现象。
3 结束语
目前，我国的核电建设事业正在蓬勃发展，“走出去”的步伐也在加快，核电建设质量是保证核电安全运行的重要环节。氦气检漏技术是一种高效、快捷、准确的无损检测方式，具有其他检测方法无可比拟的优势特征，氦气检漏技术在核电管道工程中的应用，为核电工艺系统安全运行提供了重要保障。此外，由于核电系统与设备的复杂性，氦气检漏技术应用时应充分了被检对象的结构和特征，依照相关的设计技术要求，选择有针对性的检测方法，方能实施更为准确、有效的检测。
参 考 文 献
[1] 解苑明，季维同，谢学涛.核电站蒸汽发生器泄漏监测——氮-16辐射监测仪概述[J].中国核电，2010（01）.
[2] 杨炯，谢圣华，钱征宇.核电厂凝汽器在役氦检漏技术[J].无损检测，2011（04）.
[3] 赵澜，张涤新，冯焱，成永军，卢耀文，徐婕，李莉，盛学民.氦质谱检漏仪现场校准方法研究[J].真空，2010（01）.