氦氣檢漏技術及其在核電管道工程中的應用

楊明山

摘 要：核電工程工藝復雜、對放射性物質釋放控制極其嚴格，在核級管道工程中采用氦氣檢漏技術能夠準確有效的檢測工藝系統嚴密性，從而保障核電安全運行與人們的健康。本文重點介紹了氦氣檢漏技術的正壓吸槍法、正壓氦罩法、真空噴氦法和真空氦罩法的檢測工藝及其優缺點，并選擇正壓吸槍法和真空噴氦法對在核電管道工程泄漏性檢測中如何應用進行了詳細闡述。

關鍵詞：氦氣檢漏技術；核電；管道工程

中圖分類號： TL4 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）25-67-2

0 引言

核電工程工藝復雜、系統繁多，對放射性物質釋放量控制極其嚴格，其中核級管道系統安裝質量直接關系到核電站的安全運行與人們的健康，在其安裝完成后需要進行泄露性檢測，以發現可能存在的微小泄漏，以保證工藝系統在運行期間的嚴密性。氦氣檢漏技術以氦氣作為示蹤氣體的無損檢測技術，相較于其他檢漏技術具有靈敏度高、檢測速度快、定位準確的特點，檢測靈敏度可以高達10-12Pa.m3/s，響應時間可以縮短至3秒；此外，氦氣還具有無毒、無破壞性和質量輕的特點，應用可靠安全。因此，氦氣檢漏技術非常適用于核電工程管道系統的泄漏性檢測。

1 氦氣檢漏技術的主要方法

氦氣檢漏技術由于應用環境和應用對象不同，其分類方式也有所不同，按照檢測過程中氦氣的流向可劃分為正壓法檢漏和真空法檢漏，現分別介紹如下：

1.1 正壓法檢漏

正壓法是對被檢對象內充入一定壓力的氦氣或氦氣混合氣體（一般以氮氣作為混合成分），在被檢對象內外形成壓差，當被檢對象表面存在漏孔或縫隙時，氦氣就會在壓差的條件下通過漏孔或縫隙進入被檢對象外表面，從而實現對被檢對象的泄漏檢測。按照泄漏氦氣收集方式的不同，正壓法又可分為正壓吸槍法和正壓氦罩法。

①正壓吸槍法

正壓吸槍法采用檢漏儀吸槍對被檢對象外表面直接進行掃查，實現對泄漏部位的精確定位，如圖1所示。該方法是一種即可以定性又可以定位的方法，檢測靈敏度高、操作簡單，適用于大型設備或系統的泄漏檢測。

②正壓氦罩法

正壓氦罩法采用一個密閉的箱體將被檢對象整體罩起來，然后使用檢漏儀吸槍測量一定時間內氦罩內氦氣濃度變化量，實現對被檢對象漏率的精確測量，如圖2所示。氦罩累積法的優點是可以實現對微小泄漏的檢測，但對于檢測部位較多則無法同時對漏點進行定位，比較使用于單一設備且表面積不大的被檢對象。

1.2 真空法檢漏

真空法是利用真空泵將被檢對象內部抽成真空，然后在被檢對象外表面施加氦氣，當被檢對象表面有漏孔時，氦氣就會通過漏孔進入被檢對象內部，再進入氦質譜檢漏儀，從而實現被檢對象泄漏檢測。按照施加氦氣方法的不同，可以將真空法分為真空噴氦法和真空氦罩法。

①真空噴氦法

真空噴氦法采用噴槍向被檢對象外表面噴吹氦氣，可以實現漏孔的精確定位，如圖3所示。該方法是一種定性檢測技術，操作簡單，可以檢測復雜和大型設備。

②真空氦罩法

真空氦罩法采用一個密閉的箱體將罩將被檢對象整體罩起來，在罩內充滿一定濃度的氦氣，可以實現被檢對象總漏率的測量，如圖4所示。該方法可以直接測定被檢對象的泄漏情況，但無法實現對泄漏位置的準確定位。

2 氦氣泄漏技術在核電管道工程中的應用

構成核電工藝系統的管道工程長達數萬米，而其中的核級管道系統由于關乎核電的運行安全，其施工質量要求極其嚴格，管道系統中的焊口、閥門填料函、儀表接口、設備接口、法蘭連接處是最易出現泄漏的位置，而常規的氣壓試驗或水壓試驗手段，對于微小的泄漏往往難以發現，氦氣作為示蹤氣體具有極高的靈敏度且具有無腐蝕的特點，氦氣檢漏技術為核電工藝系統的泄露性檢測提供了更為可靠的無損檢測手段。現針對其具體的檢測方法應用予以闡述。

2.1 檢測方法選擇

核電管道工程中的氦氣檢漏方法，考慮到管道系統分布廣、檢測點繁多，可主要選擇正壓吸槍法和真空噴氦法。在對管道系統進行氦氣檢漏前，應按照設計要求對被檢對象進行充壓或抽真空，然后使用氦質譜檢漏儀進行檢測。

2.2 檢測先決條件

①檢測人員

負責氦氣檢漏工作的人員應按《民用核安全設備無損檢驗人員資格管理規定》（HAF602）的要求通過培訓、考核并確定相應的資格。取得1級檢測資格的人員只允許實施檢測操作（不包括判定），取得2級資格以上的人員允許檢測的實施以及檢測結果判定與編寫報告。

②檢驗設備

用于檢測的氦氣質譜儀、計量器具和儀器等應進行標定且合格；確定好參考漏孔的安裝部位，并將標準漏孔盡可能地安裝在測試回路中對檢漏儀響應最不利的部位。

③檢測氣體

示蹤氣體采用工業氦氣，符合GB4844.2-1995，純度≥99.99%；用于混合的氣體采用工業氮氣，符合GB/T8979-2008，純度≥99.99%。

④檢測環境

檢漏儀工作條件應滿足溫度5℃～35℃、濕度≤80%，附件無強電磁場、無劇烈震動、無腐蝕氣體，被檢管道系統的內外表面均應清洗、除油脂、并充分干燥與清潔，確保無妨礙檢測準確度的污物。

⑤被檢管道系統

被檢管道系統的管道及其組成件全部按設計文件完成安裝并驗收合格；常規的管道系統壓力試壓合格并完成系統吹掃。將被檢管道系統的開口處及關聯系統和測量裝置使用閥門或盲板封堵，密封用材料應不含示蹤氣體。

⑥檢測工作文件

檢測前應編制相應的技術方案，明確被檢管道系統邊界、系統流程、封堵措施、檢測方法、檢測步驟與合格標準等；同時還應編制用于控制檢測工作開展的質量計劃，使檢測過程與結果處于受控。

2.3 正壓吸槍法檢測方法

①系統充壓

首次充壓之前，應對管道系統部分抽真空，以盡可能去除管道內殘余的水分和雜質氣體。然后采用氦氣-氮氣混合氣體作為加壓氣體，氦氣的濃度在設計壓力下的體積百分比應不低于10%，充氣壓力為被檢系統的設計壓力。

向管道系統加壓時應逐級緩慢升壓，首先向系統逐步通入體積百分比至少10%的純氦氣，氦氣達到預定量后，再逐步充入氮氣直至試驗壓力，然后保壓時間至少30min以上。

②儀器校準

在將氦質譜檢漏儀吸槍與儀器連接后、進行檢測前的系統校準時，應將吸槍嘴在校準漏孔上掃查。掃查時，吸槍嘴與標準漏孔應保持3mm以內，對被檢系統的掃查速率不應超過能檢出標準漏孔泄露的速率。

在系統校準時，應觀察出現一個指示信號以及使儀器輸出達到穩定所需的時間，通常希望這個時間盡可能短，以減少確定泄露位置所需的時間。

③泄漏檢測

檢測場所應避免過度通風而使檢測所要求的靈敏度降低。檢測時使用噴槍嘴對被檢表面進行掃查，距離保持在6mm以內，如果系統校準時采用更小的距離，則掃查時的距離不小于該距離。

檢測時，應巡回檢測系統內的所有管線和設備，包括設備法蘭連接區、閥門填料函、螺紋連接處、排氣閥、儀表管、管道焊縫等所有密封點。

計算被檢位置的漏率Q，小于設計容許的最大漏率，則該區域認定為合格；否則，應進行標記返修。

2.4 真空噴氦法檢測方法

①系統抽真空

要對被檢測系統進行吹掃干燥，干燥的溫度和時間要保證符合要求，溫度應當<60℃，時間應當>2小時，干燥結束后要啟動真空泵，將被檢系統抽成真空。

②儀器校準

將真空泵的抽氣速率保持穩定，在壓力小于10Pa的狀態下，連通檢漏儀質譜室和被檢測的系統，并將質譜儀調整到檢測狀態，對檢測系統內的氦氣本底數值進行測定。

將參考漏孔打開，使氦氣進入被檢系統之中，質譜儀會顯示出氦峰的變化值，測定參考漏孔的數值和系統反應時間。然后關閉參考漏孔，記錄質譜儀穩定的時間，并記錄二次本底數值。

③檢測

當系統在10Pa的狀態下實施檢測，用氦氣噴槍向系統的檢測部位引入氦氣，并運用氦濃度儀設備測出密封部位的氦氣濃度CHe，要使氦氣濃度CHe≥10%，記錄該濃度狀態下的時間T1。

從T1時間段開始到檢測確定系統是否泄漏的時間T2的過程中，T2的響應時間至少應當是系統反應時間的3倍，同時，其響應的時間應當至少持續10分鐘，如果在T2時間段之內，檢漏儀沒有出現讀數的變化，則證實這個檢測部位沒有泄漏的問題。相反，如果在這個T2時間段之內，質譜儀出現了讀數變化，則說明被檢測部位有泄漏現象。

3 結束語

目前，我國的核電建設事業正在蓬勃發展，“走出去”的步伐也在加快，核電建設質量是保證核電安全運行的重要環節。氦氣檢漏技術是一種高效、快捷、準確的無損檢測方式，具有其他檢測方法無可比擬的優勢特征，氦氣檢漏技術在核電管道工程中的應用，為核電工藝系統安全運行提供了重要保障。此外，由于核電系統與設備的復雜性，氦氣檢漏技術應用時應充分了被檢對象的結構和特征，依照相關的設計技術要求，選擇有針對性的檢測方法，方能實施更為準確、有效的檢測。

參 考 文 獻

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