核电贯穿件试验气相检漏仪设计与开发

谭春红 陈琦 刘硕 肖博懿

摘要：核电站安全壳是核反应堆最后一道屏障，气相检漏仪是核电站安全壳贯穿件密封性试验的主要装置。本文描述了B-GLM系列气相检漏仪的研发思路及过程，开发了一套能满足核电站安全壳贯穿件密封性试验的检漏仪，并能够满足不同客户需求的个性化定制要求。通过技术验证，证明自主开发的设备可保持较好的性能和多样化的拓展性。

关键词：安全壳;贯穿件;气相检漏仪

中图分类号：TL364.3文献标识码：A文章编号：2096-6903（2021）12-0062-03

0引言

核电站安全壳是核反应堆最后一道屏障，在调试和大修期间需对安全壳贯穿件的密封性能进行检测，对设计基准事故状态下各系统的在线运行状态进行模拟，以评估贯穿件在事故状态下能否保持其密封性能[1]。

气相检漏仪作为核电站安全壳（BC类）贯穿件密封性试验的主要装置，它是能根据要求直接测量出核电站安全壳贯穿件密封性是否满足核电设计要求的重要检测设备，对此重要设备我们应该精益求精，不断的研发改进。

本文主要讲述的是研发一套内置自主开发、适用于各种核电堆型安全壳（BC类）贯穿件密封性试验的数据分析软件的B-GLM型气相检漏仪，可实现测量不同气体、不同试验工况下安全壳（BC类）贯穿件的泄漏率一种论述。

1研究路线

1.1整体方案

本文根据各个核电站安全壳贯穿件的密封性的一些要求，设计出一套更符合核电站现场实际应用气相检漏仪并对此进行性能测试。对于设备的精准可靠性我们在气相检漏仪内设置了更智能精细的流量检测模块、压力检测模块和数据处理及人机交互模块，流量监测模块分为低量程流量检测、中量程流量检测、高量程流量检测三个级别;压力检测模块安装了高精度压力检测设备;数据处理及人机交互模块设置了时间显示，触屏操作面板，数据智能检测传输系统，可检测出不同气体的气体量，更体现现代化的人工智能操作。对于设备安全性我们在设备内各通道处设置了多个阀门防止设备损坏以及设备损坏对周边的影响。

气相检漏仪基本结构主要由仪器入口、入口阀V1、调压阀V2、五通阀V3、低量程流量计、中量程流量计、高量程流量计、流量测量出口阀V4、数据处理及人机交互模块、压力测量模块、仪器出口、各路通道管线等部件组成，基本结构如图1所示：

各部分功能：

入口阀V1：充压入口隔离阀门。

调压阀V2：依据压力测量模块，调节试验压力，即通过流量测量模块的气体压力。

五通阀V3：在旁路和三个流量测量支路之间进行切换。

流量测量模块：测量通过检漏仪的气体流量。

流量测量出口阀V4：三个流量支路出口的隔离阀门。压力测量模块：测量通过检漏仪的气体压力。

数据处理及人机交互模块：对压力测量数据、流量测量数据进行处理，显示试验测试数据，并完成检漏仪的操作功能。

1.2硬件参数要求

本次所开发的检漏装置内部泄漏率测量及调压模块采用进口元件，包含高精度流量计、高精度压力计、调压阀等，测量介质为压缩空气。具体参数[1]如下：

设备本体及管线耐压能力≥145psi。

压力测量精度0.1级，适用气体：空气/氮气。压力调节为连续调节，入口压力：≤l000PSIG，出口压力：0-250PSIG，据现场气源情况（现场气源一般为8bar.g），一般为0-116psia。

流量测量分支路和旁路，各支路采用不同的量程，量程范围。精度：±1%FS。适用介质：空气/氮气。

设备整体的测量精度不低于±2%FS。测量结果分析显示模块实时显示当前的测试压力及泄漏率测量结果，且在多种显示单位间可自由切换。压力显示单位可为bar.g、mmHg、kpa.g、psi.g、mmH2O等;泄漏率显示单位可为Ncm3/h、sccm、scfm等。

2软件功能与设计方案

2.1软件功能

气相检漏仪的数据处理及人機交互模块内置功能完整、操作便捷、适用性强的计算显示软件，基本构架包含以下基本功能：调取支路的流量传感器、一路总路的压力传感器的测量数据，在界面中进行实时显示，数据显示小数位数、单位可实时切换;调取流量传感器的基础数据，方便判定流量传感器的工作状态;为确保最终的数据稳定性，制定稳定算法，去除突变对测试结果的影响，对流量传感器调取出的数据进行整合计算后，输出显示在界面中;具备自动保存数据的功能，保存方式可自由设制，通过USB接口，输出文本;具备屏保设置、背景亮度、日期调整的功能;所有功能集成在数据分析处理模块中进行显示，操作方式为触屏操作，方便、快捷。

2.2软件设计方案

2.2.1参数读取设计

用户可以根据自身需要读取不同量程的质量流量检测器实时数据和参数检测。气相检漏仪流量检测模块，一般检测流量的单位为“SCCM”标准单位，其中“CCM”前面的数值为读取流量计的气体体积流量值。“SCCM”前面的数值是读取流量计的气体质量流量。“PSI”前面的数值是当前实际管路压力的测量值。“℃”前面的数值是当前实际管路的温度测量值。

2.2.2页面读取设计

根据多年核电站安全壳密封性试验工作经验，国内大部分核电站安全壳贯穿件试验的验收值在0ml/h～1.0ml/h×107ml/h[1]，为了测量的准确性，根据量程将其成不同的流量支路。页面设计如图2、图3、图4所示。用户能够手动设置实时流量右侧的单位，标准mL/min和标准L/min单位及标准立方英尺单位可以通过下拉菜单人工选择，选用的流量单位高亮显示。当选择标准L/min单位及标准立方英尺单位时，小数保留几位按系统设置界面开放的设定执行。流量单位选定后，流量范围窗口后面的单位自动同步高亮显示，后续保存同步保存。实时压力根据压力传感器读数，压力单位默认KPa亮显，可根据现场需求选择压力单位：bar、psi、mmH2O、mmHg。测试数据能够保存，以方便日后导出存档。当测试的流量数据不在量程范围内，“量程不符”的指示灯红色提示更换流程页面。在范围内则正常绿色显示。

3气相检漏仪性能测试

3.1密封性测试

气相检漏仪在不同压力平台下进行气密性测试，用以验证气相检漏仪的密封性和耐性能力。

气相检漏仪密封性测试：常压下，气相检漏仪调压阀全部关闭，打开进口阀，关闭流量计出口阀，五通阀切至旁路，进口连接气源，出口连接手持式压力表。调节调压阀，升压至指定压力，压力稳定至十五分钟内无变化，记录当前时刻、手持式压力表读数，然后将气相检漏仪五通阀分别切至支路量程，打开流量计出口阀，调节调压阀，缓慢将压力重新升至指定压力，压力稳定至十五分钟内无变化，记录当前时刻、气相检漏仪切至“参数读取”界面，记录三个流量计的压力传感器读数。保压2h，每隔15min记录1次手持式压力表读数、三个流量计的压力传感器读数。测试数据如图5所示。

气相检漏仪承压测试：将五通阀分别切至支路量程，打开流量计出口阀，调节调压阀，缓慢将压力重新升至指定压力，压力稳定至15min内无变化，记录当前时刻、手持式压力表读数，保压1.5h，每隔15min记录1次手持式压力表读数。测试数据如图6所示。

3.2流量验证测试

为了验证气相检漏仪在实际工况下的使用情况，选取同类型的试验对象，在不同压力下测试检查系统装置显示流量的准确性。我们选取直径为2寸，长度2m的PU管作为试验对象，标准件按照流量不同分别采用标准漏孔（5～500sccm）、5SLPM质量流量控制器（1000～5000sccm）、100SLPM质量流量控制器（10000～18000sccm）。分别在14.5psi、58psi两个压力平台分别使用标准漏孔对气相检漏仪进行标定，结果满足要求在不同压力下测试检查系统装置显示流量的准确性。测试结果如图7、图8所示。

4维护成本和应用实例

目前的气法检漏仪还是通过采购美国进口气法局部检漏仪，这款检漏仪采购周期较长，备品备件多，流量计维护成本高，因此在后续的核电站中，可以慢慢用B-GLM系列气相检漏仪取代。本文设计的这款电子气相检漏仪体现了现在智能化，还加入了设备的保护系统，可以智能保护设备不受损害，如设备超压保护，流量计超量程保护等，减少气相检漏仪内重要设备部件的损害，以降低运维成本。

在国内某核电厂BC類试验项目中，B-GLM系列气相检漏仪在运行良好，无报错、未出现故障，经受了核电站复杂工况的考核。通过现场试运行取得的实际效果及项目人员反馈情况可知，使用电子气相检漏仪不仅仅缩短了现场工作时间，提高了试验人员的工作效率，也大大减少了现场工作人员受照射时间，保障了现场工作人员的安全健康。真正做到了“安全第一、质量第一”。

参考文献[1]ANS/ANSI-56.8.1994，Containment.system.leakage.testing.

requirements[S].Illinois：AmericanNuclearSociety，1994.

DesignandDevelopmentofGasLeakDetectorfor

NuclearPowerPenetrationTest

TANChunhong，CHENQi，LIUShuo，XIAOBoyi

（StateNuclearPowerPlantServiceCompany，Shanghai201100）

Abstract：Thenuclearpowerplantcontainmentisthelastbarrierofthenuclearreactor，andthegas-phaseleakdetectoristhemaindeviceforthetightnesstestofthepenetratingpartsofthenuclearpowerplantcontainment.ThisarticledescribestheR&DideasandprocessoftheB-GLMseriesofgas-phaseleakdetectors，andhasdevelopedasetofleakdetectorsthatcanmeetthetightnesstestofnuclearpowerplantcontainmentpenetrations，andcanmeetthepersonalizedcustomizationrequirementsofdifferentcustomers.Throughtechnicalverification，itisprovedthattheself-developedequipmentcanmaintainbetterperformanceanddiversifiedexpandability.

Keywords：containment;penetration;gas-phaseleakdetector