CN105758593A - 核蒸发器传热管氦质谱检漏设备及定量定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核蒸发器传热管氦质谱检漏设备及定量定位方法，设备由上游至下游依次包括空气、氦气源、空气分配器、注射器、气体分配器，还包括用于吹扫的扩散器、用于抽气采集气体的采样工具架和质谱仪、对质谱仪数据进行分析/对环境进行控制的控制柜、实现人机互动的电脑，本设备可安全准确采集分析气体含量及含量变化，根据检漏方法能够计算出漏点个数与位置，可以极大的减少漏检时间，节约成本。

Description

核蒸发器传热管氦质谱检漏设备及定量定位方法

技术领域

本发明涉及核电检测领域，特别涉及一种核蒸发器传热管氦质谱检漏设备及定量定位方法。

背景技术

泄漏检查方法多种多样，比较常用的有气泡检漏、压力变化检漏、卤素检漏、氦质谱检漏、渗透和化学示踪物检漏等。针对某些部件，特别是常见的阀门、管道、焊缝等的泄漏检查方法在相关技术标准和专业资料都已有详细介绍。为了核电站的安全和经济运行，研究满足蒸汽发生器传热管泄漏检查要求的合适方法就十分迫切和必要。传热管氦检漏采用吸枪法，现有吸枪法是一种半定量的方法，只可用以检测泄漏，不能作定量用，也无法检测到漏点的位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够检测出漏点位置以及漏量的核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备,其包括一次侧系统和二次侧系统、人机交互系统；

所述一次侧系统包括提供空气的第一注射柜、与所述第一注射柜相连通的扩散器、用于将传热管内气体抽出的抽气部、用于检测所述抽出气体的质谱仪、对质谱仪的数据进行采集的采集卡，所述抽气部包括爬行器、所述爬行器相连接的采样工具架；

所述二次侧系统包括空气源、氦气源、用于对空气源所提供空气进行分配的空气分配器、用于将空气分配器提供的空气与氦气源提供的氦气混合后形成的混合气体输出的第二注射柜、将第二注射柜输出的混合气体进行分配的气体分配器、分别用于密封蒸汽发生器二次侧人孔/眼孔以及手孔的人孔法兰盖板/眼孔法兰盖板以及手孔法兰盖板、安装于所述眼孔法兰盖板上且与气体分配器相连接的外侧接头、安装于所述人孔法兰盖板上的测量接头、用于测量二次侧氦气浓度/压力的测量箱；

人机交互系统包括对采集卡所采集数据进行分析/对一次环境进行监控的控制柜、实现对控制柜进行控制的电脑。

优化的，所述扩散器包括与蒸汽发生器人孔匹配且用于封堵人孔的盖板、固定在所述盖板上的安装座、小端连接在所述安装座上的锥形罩体、穿设于所述安装座内且尾端与空气注射柜的输气管相连接的接管，所述锥形罩体的大端上开设有均匀分布的漏气孔。

优化的，二次侧系统还包括用于测量二次侧内气体物理状态的温度测量组件和湿度测量组件、安装于所述人孔法兰盖板上的循环气体接头、连接于所述气体分配器和循环气体接头之间用于搅动二次侧内气体的循环泵，温度测量组件包括安装于所述手孔法兰盖板上的探针接头、安装于所述探针接头上且与所述测量箱相连接的温度探针，所述循环气体接头上连接有连接管，所述连接管一端与所述循环气体接头连接另一端位于蒸汽发生器内侧顶部。

优化的，所述第一注射柜设有空气入口接管、空气出口接管、第一氦气注入接管、氦气取样试管、第一流量计；第二注射柜设有空气注入接管、第二氦气注入接管、混合气体出口接管、压力测量接管、流量控制器、第二流量计。

优化的，检漏设备还包括在现场测试前进行模拟测试的模拟系统，模拟系统包括机械模拟部以及能够输出质谱仪示数、吹扫速度、二次侧压力、二次侧温度、吸枪温度、二次侧上部露点温度、二次侧下部露点温度、注入压缩空气湿度、二次侧上部氦浓度、二次侧下部氦浓度信号的电信号模拟部，所述机械模拟部包括管板测试组件以及传热管测试组件，所述管板测试组件包括管板以及用于支撑所述管板的支撑腿，所述传热管测试组件包括支撑块、标准漏孔、安装于所述支撑块上的且开设有多个模拟孔的传热管、用于连接所述标准漏孔与所述传热管且使漏出气体恰好从所述传热管的内壁渗出的连接件。

优化的，所述连接件包括拼合后具有与所述传热管外壁相匹配的柱形孔的接口和法兰、垫设于所述接口与所述传热管之间的第一密封垫、用于将所述标准漏孔夹紧并固定在所述接口上的卡箍，所述卡箍内设有环状卡槽，环状卡槽与所述标准漏孔上的固定环密封卡接，所述接口上开设有与所述标准漏孔相匹配的安装孔，所述标准漏孔插设于所述安装孔内。

优化的，所述采样工具架包括上安装架、安装于所述上安装架上用于将被采样气体送入质谱仪的吸枪，所述上安装架上设有多个与抽气设备相连接的吸孔，所述吸枪安装于所述吸孔内，所述上安装架的上端面设有第二密封垫，所述第二密封垫开设有与所述吸孔相对应的开口。

本发明还提供了一种能够检测出漏点位置以及漏量的核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏方法，蒸汽发生器管板、传热管及其两者的连接焊缝将蒸汽发生器分为一次侧和二次侧，漏点定位定量方法包括以下步骤：

步骤一、对二次侧进行干燥；

步骤二、对二次侧进行隔离；

步骤三、对二次侧充含示踪氦气的混合气体至一定压力，氦气浓度高于10％；

步骤四、定位：利用搭载有质谱仪吸枪且与传热管一端密封连接的抽气工具架对传热管进行抽气，当二次侧压力和氦气浓度确定的情况下，漏点的漏率是确定的，当传热管存在一个漏点时，漏点上风向的气流中的氦气浓度为纯净空气中的氦本底，漏点下风向至管口的气流中由于混合了二次侧漏进的氦气，氦气浓度就会升高，当传热管存在n个不同高度的漏点时，n个漏点将传热管分成n+1段，每段气流中的氦气浓度都不一样，气流每流经一个漏点就将该漏点漏到一次侧得氦气带走，传热管气流中的氦气浓度就产生一次跃升，在传热管口处以恒定的抽速Q₀吸走管内的气体，当恒定抽速由Q₀变为Q₁时，传热管口的氦气浓度也会随之变化，抽速由小变大，氦气浓度降低，抽速由大变小，氦气浓度升高，抽速改变引起的氦气浓度变化不是立即产生的，期间会有一个变化过程，当存在一个漏点时，会有一个浓度变化台阶；当存在n个漏点时，就会存在n个浓度变化台阶，从质谱仪测得的浓度变化台阶曲线可以判断漏点的数量，并且可以得到每个漏点从抽速改变到该漏点引起浓度变化台阶之间的时间，已知传热管的横截面积S，通过改变两次抽速Q₀→Q₁和Q₁→Q₂，分别得到每个漏点对应两次抽速改变对应的浓度变化台阶响应时间t₁和t₂，针对每个漏点，均可根据公式②：

以上公式①为检测系统的响应时间，即从吸枪口氦气浓度变化到引起质谱仪示数变化所需的时间，算得漏点的近似高度H，漏点位置不同时改变抽速Q,测得的响应时间t就不同，其中：Q为工具架吸枪的抽速，Q₁为抽速1，Q₂为抽速2；t₁为抽速1时泄漏信号的响应时间；t₂为抽速2时泄漏信号的响应时间；S为传热管的截面积；T为传热管中气体的温度；

步骤五、定量：利用搭载有质谱仪吸枪且与传热管一端密封连接的抽气工具架对传热管进行抽气，当传热管不存在漏点时，抽气工具架抽出的气体为纯净空气，质谱仪示数S_air为纯净空气中的氦气本底；当传热管存在漏点时，在一、二次侧压差稳定情况下，漏点处从二次泄漏到一次侧的总气体量Q_Leak是个定值，其中二次侧氦气浓度为C，以已知的恒定抽速Q_suction从传热管一端管口将管内气体源源不断的抽出，此时置于传热管口的吸枪测得的示数为S_suction，通过一下公式即可算得漏率，纯净空气中的氦气体积浓度为5.2ppm，公式中，S_air和S_suction是质谱仪的读数，二次侧氦气浓度C和传热管口抽速Q_suction是需要根据验收标准进行设定。假设单管总漏率验收标准为＜3cm3/h，那么Q_Leak＝3cm3/h时，C和Q_suction的取值应保证S_leak/S_suction≥1.1，可使用C＝16％和Q_suction＝800l/h或C＝20％和Q_suction＝1000l/h两种组合中的任一种。

优化的，所述二次侧在通氦气时，需要气体循环装置保证二次侧各处的氦气浓度一致，所述抽气工具架设有多组吸枪，可一次检测多根传热管。

优化的，步骤一中，检漏状态下，二次侧压力是标准大气压的数倍，二次侧的干燥情况需要格外重视，保证其工作状态下的露点温度相较于环境温度保持充分的安全裕度；为防止二次侧隔离存在漏点，导致氦气泄漏到反应堆厂房，影响查漏时的氦气本底，需在步骤二后先对二次侧充压缩空气至3bar，稳定1～2h后再保压1～2h，当压降满足＜15mbar/h，才能继续步骤三。

本发明的有益效果在于：

1.采用多吸枪同时检测，以缩短检测时间，提高效率；密封垫，可以满足被检设备有害化学元素的要求，同时提高检测装置与管板接触面的密封性，提高检测准确性；通过自适应装置，缓冲管板对工具架的作用力，减小对设备连接件的损耗，提高设备的可靠性，同时能够自动调节姿态，适应不同焊缝余高；拆装简单快捷，连接牢固，减少操作人员受照射时间，一旦出现故障，方便维修；对吸入检测管路的气体进行过滤，降低管路堵塞和后续设备沾污的风险。

2.通过连接件使漏出气体恰好从所述传热管的内壁渗出的，可以完美模拟蒸汽发生器传热管任意位置的泄漏，在现场检漏前可以提前调试好设备，极大的提高了生产效率。

3.在一次侧的探头所在水室的对侧水室内安装吹扫设备，向蒸汽发生器水室内吹气，通过气流将泄漏传热管内聚集的氦气带出，消除泄漏的氦气对检测带来的影响，锥形罩体控制进入水室内的气体分布，以较小的总气体流量满足为每根传热管提供气流的要求，降低了提供空气的空压机功率，减小了管路的负荷；在人孔盖板上设计了线缆槽，保护水室内监测设备的同时，提高水室人孔的密封性。

4.能够将空气与氦气按照一定的比例混合，然后注入蒸汽发生器二次侧；能够对充入二次侧的气体进行搅拌，使得氦气分布均匀，并防止水汽凝结；在保证二次侧密封的同时，能够实时测量压力、温度、露点温度、氦气浓度等物理量，确保检测环境有效；在检测完成后，能够安全的对蒸汽发生器二次侧内的混合气体进行卸压并利用空气置换混合气体。

5.本发明既可以满足传热管泄漏检查的要求，也充分考虑了检查条件和时间等工程实施的要求。此种吸枪法相较于GB/T15823、EN13185和ASME等现有技术标准中描述的吸枪法有很大不同，实现了以下突破：既可以检测泄漏，灵敏度达到3cm3/h；还突破了现有吸枪法难以定量的局限性，可以实现对传热管总漏率的精确测量；可以同时对多根传热管进行检查，完全满足核电站蒸汽发生器传热管定期在役检查的需求，也适用于监测到传热管泄漏后应急查漏；可以实现单根传热管上多个漏点的分别定位，定位精度达到≤±1m。

附图说明

附图1为本发明的主视图；

附图2为本发明一次侧系统吹扫时的结构示意图；

附图3为本发明中扩散器的结构示意图；

附图4为附图3的剖视图A-A；

附图5为本发明第一注射柜的结构示意图；

附图6为本发明第二注射柜的结构示意图；

附图7为本发明的采样工具架主视图；

附图8为本发明的采样工具架立体视图；

附图9为本发明机械模拟部的结构示意图；

附图10为传热管测试组件的结构示意图；

附图11为存在一个漏点的情况下改变抽速后氦气浓度的变化图；

附图12为存在两个漏点的情况下改变抽速后氦气浓度的变化图；

其中：1、管板；2、支撑腿；3、支撑块；4、标准漏孔；5、传热管；6、接口；7、法兰；8、第一密封垫；9、卡箍；10、导向棒；11、连接支撑板；12、安装套管；13、锁定销；14、锁紧楔；15、第一垫圈；16、密封圈；20、管板测试组件；21、传热管测试组件；71、上安装架；72、吸枪；73、吸孔；74、第二密封垫；75、中安装架；76、通孔；77、连接板；78、下安装架；79、导柱；710、压簧；711、线缆套管；712、U形槽；713、销钉；81、空气注入接管；82、氦气注入接管；83、混合气体出口接管；84、流量计；85、流量控制器；86、压力测量接管；87、氦气取样接管；91、盖板；92、安装座；93、接管；94、管帽；97、螺栓；99、夹板；913、密封条；914、锥形罩体；951、空气入口接管；952、空气出口接管；953、氦气注入接管；954、流量计。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：

蒸汽发生器管板、传热管及其两者的连接焊缝将蒸汽发生器分为一次侧和二次侧，本核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备,其包括一次侧系统和二次侧系统、人机交互系统；

一次侧系统包括提供空气的第一注射柜、与所述第一注射柜相连通的扩散器、用于将传热管内气体抽出的抽气部、用于检测所述抽出气体的质谱仪、对质谱仪的数据进行采集的采集卡，所述抽气部包括爬行器、所述爬行器相连接的采样工具架。所述扩散器包括与蒸汽发生器人孔匹配且用于封堵人孔的盖板91、固定在所述盖板91上的安装座92、小端连接在所述安装座92上的锥形罩体914、穿设于所述安装座92内且尾端与第一注射柜的输气管相连接的接管93。所述接管93的首端上安装有管帽94，所述管帽94底部呈敞口状，且其敞口朝向接管93尾端方向，其底部直径大于顶部直径。所述管帽94顶部至中段直径相同，中段至底部直径逐渐增大。所述锥形罩体914的大端为朝背离小端方向凸出的弧形面，其大端上开设有均匀分布的漏气孔。盖板91通过螺栓97与人孔连接，在与所述安装座相对侧的盖板上设有线缆密封保护结构，其包括两个相对称设置的夹板99、设于两个相对称设置的夹板中间的密封条913，线缆夹设于夹板99和密封条913之间，密封条有效的放置。所述第一注射柜设有空气入口接管951、空气出口接管952、第一氦气注入接管953、氦气取样试管、第一流量计954，接管93与空气出口接管52相连接。氦气取样接管的作用是在检验过程中，定期进行系统灵敏度测试。其操作过程：使用氦气取样试管取少量氦气，从第一注射柜的少量氦气注入接管注入吹扫管路中。氦气随吹扫气流流动，依次经过吹扫管路、扩散器、一次侧水室、传热管，到达传热管末端(吹扫气流出口端)，并被吸枪捕获，在质谱仪上出现此段氦气引起的模拟泄漏信号。此过程中，记录从开始注入少量氦气到质谱仪出现信号之间的时间间隔。通过这一过程来验证检漏系统运行是正常的。

二次侧系统在检漏过程中能实现干燥、充压、循环、泄压、吹扫功能，其包括空气源、氦气源、用于对空气源所提供空气进行分配的空气分配器、用于将空气分配器提供的空气与氦气源提供的氦气混合后形成的混合气体输出的第二注射柜、将第二注射柜输出的混合气体进行分配的气体分配器、分别用于密封蒸汽发生器二次侧人孔/眼孔以及手孔的人孔法兰盖板/眼孔法兰盖板以及手孔法兰盖板、安装于所述眼孔法兰盖板上且与气体分配器相连接的外侧接头、安装于所述人孔法兰盖板上的测量接头、用于测量二次侧氦气浓度/压力的测量箱、安装于所述人孔法兰盖板上的循环气体接头、连接于所述气体分配器和循环气体接头之间用于搅动二次侧内气体的循环泵、用于测量二次侧内气体物理状态的温度测量组件和湿度测量组件。温度测量组件包括安装于所述手孔法兰盖板上的探针接头、安装于所述探针接头上且与所述测量箱相连接的温度探针；所述湿度测量组件为露点温度测量组件，所述露点温度测量组件包括连接在外侧接头和测量箱之间、连接在所述测量接头和所述测量箱之间的露点温度计；第二注射柜设有空气注入接管81、第二氦气注入接管82、空气注入接管81和第二氦气注入接管82合并形成的混合气体出口接管83、安装在混合气体出口接管83上的压力测量接管86、安装于第二氦气注入接管82上的流量控制器85、安装于空气注入接管81上的第二流量计84、接于第二氦气注入接管82上的氦气取样接管87。空气源、空气分配器、气体分配器构成干燥部，在干燥时，人孔法兰盖板打开，空气分配器中有一根气管直接与气体分配器中一根气管连接，将空气源的空气由二次侧的眼孔送入二次侧，再由二次侧的人孔流出进行干燥，所述外侧接头位于蒸汽发生器内部的一端上连接有朝向管板的弯管，弯管使空气吹向管板，防止水蒸气在管板上凝结，提高干燥效率；空气源、氦气源、空气分配器、注射器、气体分配器、测量箱形成充压部，在干燥完成后，人孔法兰盖板将二次侧人孔封堵，循环气体接头关闭，氦气注入接管关闭，只对二次侧充空气，当测量箱测得的二次侧压力达到3bar时，停止充气，并关闭混合气体出口接管，监测压降，符合要求后再将氦气注入接管打开，按要求比例将空气和氦气充入二次侧，同时打开循环泵，使二次侧内氦气浓度均匀，当氦气浓度和压力都达到要求时，可以进行氦检漏；检漏完成后，利用二次侧压力进行卸压后用空气置换混合气体。为提高循环效果，所述循环气体接头上连接有连接管，所述连接管一端与所述循环气体接头连接另一端位于蒸汽发生器内侧顶部。第一注射柜和第二注射柜合并形成图1中的注射柜。

人机交互系统包括对采集卡所采集数据进行分析/对一次环境进行监控的控制柜、实现对控制柜进行控制的电脑。

模拟系统包括机械模拟部以及能够输出质谱仪示数、吹扫速度、二次侧压力、二次侧温度、吸枪温度、二次侧上部露点温度、二次侧下部露点温度、注入压缩空气湿度、二次侧上部氦浓度、二次侧下部氦浓度信号的电信号模拟部。所述机械模拟部包括管板测试组件20以及传热管测试组件21，所述管板测试组件20包括管板1以及用于支撑所述管板1的支撑腿2，所述传热管测试组件21包括支撑块3、标准漏孔4、安装于所述支撑块3上的且开设有多个模拟孔的传热管5、用于连接所述标准漏孔4与所述传热管5且使漏出气体恰好从所述传热管5的内壁渗出的连接件。所述连接件包括拼合后具有与所述传热管5外壁相匹配的柱形孔的接口6和法兰7、垫设于所述接口6与所述传热管5之间的第一密封垫8、用于将所述标准漏孔4夹紧并固定在所述接口6上的卡箍9，所述卡箍9内设有环状卡槽，环状卡槽与所述标准漏孔上的固定环密封卡接，所述接口上开设有与所述标准漏孔4相匹配的安装孔，所述标准漏孔4插设于所述安装孔内。所述接口6与所述卡箍9之间连接有密封圈16。所述传热管测试组件还包括至少一根导向棒10、连接支撑板11，所述导向棒10的上端和所述传热管5穿设于所述支撑板连接11内，所述导向棒10的下端固定于所述支撑块3上。所述支撑块3的侧壁上安装有安装套管12，所述安装套管12通过锁定销13、锁紧楔14以及第一垫圈15连接于所述管板1上，所述锁定销13插设于安装套管12内，锁紧楔14插设于锁定销13底部。电信号模拟部可以模拟蒸汽发生器传热管氦质谱检漏所必需先决条件/环境的参数；可以测试/验证蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备/系统对传热管泄漏漏率的检测能力；可以测试/验证蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备/系统对传热管泄漏位置的检测能力；可以测试/验证蒸汽发生器传热管管板爬行器的搭载/抓挂/运动能力。

采样工具架包括上安装架71、安装于所述上安装架71上用于将被采用气体送入质谱仪的吸枪72，所述上安装架71上设有多个与空压设备相连接的吸孔73，为提高抽气效率，所述吸枪72安装于所述吸孔73内，为确保检测精度，将吸枪72与吸孔同轴设置，所述上安装架71的上端面设有第二密封垫74，所述第二密封垫74开设有与所述吸孔73相对应的开口。所述上安装架71的下部还转动连接有中安装架75。所述中安装架75中间开设通孔76，其上端面具有向上安装71架延伸的连接板77，所述连接板77与所述上安装架75相转动连接。所述中安装架75下端还连接有下安装架78，所述中安装架75和下安装架78之间通过导柱79相滑动连接，且两者之间的所述导柱79上套设有压簧710。上安装架71、中安装架75以及下安装架78构成自适应机构，能够自动调节姿态，适应不同焊缝余高。所述吸枪72上端设有滤嘴。与所述吸孔73下端相连接的软管以及吸枪72的软管穿过所述中安装架75和所述下安装架78后由线缆套管711包裹。所述下安装架上还设有能够与爬行器实现快速拆接的快拆连接件。所述连接板77的上端开设有轴线平行于所述上安装架71转动轴线的U形槽712，所述上安装架71的侧壁且与所述U形槽712相对位置上设有控制所述上安装架71转幅的销钉713。

利用上述核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备定位定量检漏方法，漏点定位定量方法包括以下步骤：步骤一、对二次侧进行干燥，利用二次侧系统向二次侧内通空气，将蒸汽发生器顶部人孔打开，进行干燥；步骤二、对二次侧进行隔离，利用法兰盖板将人孔、眼孔、手孔密封，为防止二次侧隔离存在漏点，导致氦气泄漏到反应堆厂房，影响查漏时的氦气本底，需在步骤二后先对二次侧充压缩空气至3bar，稳定1～2h后再保压1～2h，当压降满足＜15mbar/h，才能继续步骤三，在本实施例中，稳定2h后再保压2h，；步骤三、对二次侧充含示踪氦气的混合气体至一定压力，氦气浓度高于10％；步骤四、定位：利用搭载有质谱仪吸枪且与传热管一端密封连接的抽气工具架对传热管进行抽气，当二次侧压力和氦气浓度确定的情况下，漏点的漏率是确定的，当传热管存在一个漏点时，漏点上风向的气流中的氦气浓度为纯净空气中的氦本底，漏点下风向至管口的气流中由于混合了二次侧漏进的氦气，氦气浓度就会升高，当传热管存在n个不同高度的漏点时，n个漏点将传热管分成n+1段，每段气流中的氦气浓度都不一样，气流每流经一个漏点就将该漏点漏到一次侧得氦气带走，传热管气流中的氦气浓度就产生一次跃升，在传热管口处以恒定的抽速Q₀吸走管内的气体，当恒定抽速由Q₀变为Q₁时，传热管口的氦气浓度也会随之变化，抽速由小变大，氦气浓度降低，抽速由大变小，氦气浓度升高，抽速改变引起的氦气浓度变化不是立即产生的，期间会有一个变化过程，如图11所示，当存在一个漏点时，会有一个浓度变化台阶；当存在n个漏点时，就会存在n个浓度变化台阶，从质谱仪测得的浓度变化台阶曲线可以判断漏点的数量，并且可以得到每个漏点从抽速改变到该漏点引起浓度变化台阶之间的时间，已知传热管的横截面积S，通过改变两次抽速Q₀→Q₁和Q₁→Q₂，分别得到每个漏点对应两次抽速改变对应的浓度变化台阶响应时间t₁和t₂

针对每个漏点，均可根据公式②：

以上公式①为检测系统的响应时间，即从吸枪口氦气浓度变化到引起质谱仪示数变化所需的时间，

算得漏点的近似高度H，漏点位置不同时改变抽速Q,测得的响应时间t就不同，其中：Q为工具架吸枪的抽速，Q₁为抽速1，Q₂为抽速2；t₁为抽速1时泄漏信号的响应时间；t₂为抽速2时泄漏信号的响应时间；S为传热管的截面积；T为传热管中气体的温度；

当有两个漏点时，如图12所示，t₁’和t₂’分别对应的是另一个漏点的抽速1时泄漏信号的响应时间；t₂为抽速2时泄漏信号的响应时间；

步骤五、定量：利用搭载有质谱仪吸枪且与传热管一端密封连接的抽气工具架对传热管进行抽气，当传热管不存在漏点时，抽气工具架抽出的气体为纯净空气，质谱仪示数S_air为纯净空气中的氦气本底；当传热管存在漏点时，在一、二次侧压差稳定情况下，漏点处从二次泄漏到一次侧的总气体量Q_Leak是个定值，其中二次侧氦气浓度为C，以已知的恒定抽速Q_suction从传热管一端管口将管内气体源源不断的抽出，此时置于传热管口的吸枪测得的示数为S_suction，通过一下公式即可算得漏率，

纯净空气中的氦气体积浓度为5.2ppm，公式中，S_air和S_suction是质谱仪的读数，二次侧氦气浓度C和传热管口抽速Q_suction是需要根据验收标准进行设定。假设单管总漏率验收标准为＜3cm3/h，那么Q_Leak＝3cm3/h时，C和Q_suction的取值应保证S_leak/S_suction≥1.1，可使用C＝16％和Q_suction＝800l/h或C＝20％或Q_suction＝1000l/h两种组合中的任一种。

氦检漏时需要注意：所述二次侧在通氦气时，需要气体循环装置保证二次侧各处的氦气浓度一致，所述抽气工具架设有多组吸枪，可一次检测多根传热管。步骤一中，检漏状态下，二次侧压力是标准大气压的数倍，二次侧的干燥情况需要格外重视，保证其工作状态下的露点温度相较于环境温度保持充分的安全裕度。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备,其包括一次侧系统和二次侧系统、人机交互系统；

所述一次侧系统包括提供空气的第一注射柜、与所述第一注射柜相连通的扩散器、用于将传热管内气体抽出的抽气部、用于检测所述抽出气体的质谱仪、对质谱仪的数据进行采集的采集卡，所述抽气部包括爬行器、所述爬行器相连接的采样工具架；

所述二次侧系统包括空气源、氦气源、用于对空气源所提供空气进行分配的空气分配器、用于将空气分配器提供的空气与氦气源提供的氦气混合后形成的混合气体输出的第二注射柜、将第二注射柜输出的混合气体进行分配的气体分配器、分别用于密封蒸汽发生器二次侧人孔/眼孔以及手孔的人孔法兰盖板/眼孔法兰盖板以及手孔法兰盖板、安装于所述眼孔法兰盖板上且与气体分配器相连接的外侧接头、安装于所述人孔法兰盖板上的测量接头、用于测量二次侧氦气浓度/压力的测量箱；

人机交互系统包括对采集卡所采集数据进行分析/对一次环境进行监控的控制柜、实现对控制柜进行控制的电脑。

2.根据权利要求1所述的核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备，其特征在于：所述扩散器包括与蒸汽发生器人孔匹配且用于封堵人孔的盖板、固定在所述盖板上的安装座、小端连接在所述安装座上的锥形罩体、穿设于所述安装座内且尾端与空气注射柜的输气管相连接的接管，所述锥形罩体的大端上开设有均匀分布的漏气孔。

3.根据权利要求1所述的核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备，其特征在于：二次侧系统还包括用于测量二次侧内气体物理状态的温度测量组件和湿度测量组件、安装于所述人孔法兰盖板上的循环气体接头、连接于所述气体分配器和循环气体接头之间用于搅动二次侧内气体的循环泵，温度测量组件包括安装于所述手孔法兰盖板上的探针接头、安装于所述探针接头上且与所述测量箱相连接的温度探针，所述循环气体接头上连接有连接管，所述连接管一端与所述循环气体接头连接另一端位于蒸汽发生器内侧顶部。

4.根据权利要求1所述的核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备，其特征在于：所述第一注射柜设有空气入口接管、空气出口接管、第一氦气注入接管、氦气取样试管、第一流量计；第二注射柜设有空气注入接管、第二氦气注入接管、混合气体出口接管、压力测量接管、流量控制器、第二流量计。

5.根据权利要求1所述的核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备，其特征在于：检漏设备还包括在现场测试前进行模拟测试的模拟系统，模拟系统包括机械模拟部以及能够输出质谱仪示数、吹扫速度、二次侧压力、二次侧温度、吸枪温度、二次侧上部露点温度、二次侧下部露点温度、注入压缩空气湿度、二次侧上部氦浓度、二次侧下部氦浓度信号的电信号模拟部，所述机械模拟部包括管板测试组件以及传热管测试组件，所述管板测试组件包括管板以及用于支撑所述管板的支撑腿，所述传热管测试组件包括支撑块、标准漏孔、安装于所述支撑块上的且开设有多个模拟孔的传热管、用于连接所述标准漏孔与所述传热管且使漏出气体恰好从所述传热管的内壁渗出的连接件。

6.根据权利要求5所述的核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备，其特征在于：所述连接件包括拼合后具有与所述传热管外壁相匹配的柱形孔的接口和法兰、垫设于所述接口与所述传热管之间的第一密封垫、用于将所述标准漏孔夹紧并固定在所述接口上的卡箍，所述卡箍内设有环状卡槽，环状卡槽与所述标准漏孔上的固定环密封卡接，所述接口上开设有与所述标准漏孔相匹配的安装孔，所述标准漏孔插设于所述安装孔内。

7.根据权利要求1所述的核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备，其特征在于：所述采样工具架包括上安装架、安装于所述上安装架上用于将被采样气体送入质谱仪的吸枪，所述上安装架上设有多个与抽气设备相连接的吸孔，所述吸枪安装于所述吸孔内，所述上安装架的上端面设有第二密封垫，所述第二密封垫开设有与所述吸孔相对应的开口。

8.一种利用上述任一种核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备定位定量检漏方法，蒸汽发生器管板、传热管及其两者的连接焊缝将蒸汽发生器分为一次侧和二次侧，其特征在于，漏点定位定量方法包括以下步骤：步骤一、对二次侧进行干燥；步骤二、对二次侧进行隔离；步骤三、对二次侧充含示踪氦气的混合气体至一定压力，氦气浓度高于10％；步骤四、定位：利用搭载有质谱仪吸枪且与传热管一端密封连接的抽气工具架对传热管进行抽气，当二次侧压力和氦气浓度确定的情况下，漏点的漏率是确定的，当传热管存在一个漏点时，漏点上风向的气流中的氦气浓度为纯净空气中的氦本底，漏点下风向至管口的气流中由于混合了二次侧漏进的氦气，氦气浓度就会升高，当传热管存在n个不同高度的漏点时，n个漏点将传热管分成n+1段，每段气流中的氦气浓度都不一样，气流每流经一个漏点就将该漏点漏到一次侧得氦气带走，传热管气流中的氦气浓度就产生一次跃升，在传热管口处以恒定的抽速Q₀吸走管内的气体，当恒定抽速由Q₀变为Q₁时，传热管口的氦气浓度也会随之变化，抽速由小变大，氦气浓度降低，抽速由大变小，氦气浓度升高，抽速改变引起的氦气浓度变化不是立即产生的，期间会有一个变化过程，当存在一个漏点时，会有一个浓度变化台阶；当存在n个漏点时，就会存在n个浓度变化台阶，从质谱仪测得的浓度变化台阶曲线可以判断漏点的数量，并且可以得到每个漏点从抽速改变到该漏点引起浓度变化台阶之间的时间，已知传热管的横截面积S，通过改变两次抽速Q₀→Q₁和Q₁→Q₂，分别得到每个漏点对应两次抽速改变对应的浓度变化台阶响应时间t₁和t₂

针对每个漏点，均可根据公式②：

以上公式①为检测系统的响应时间，即从吸枪口氦气浓度变化到引起质谱仪示数变化所需的时间，

算得漏点的近似高度H，漏点位置不同时改变抽速Q,测得的响应时间t就不同，其中：Q为工具架吸枪的抽速，Q₁为抽速1，Q₂为抽速2；t₁为抽速1时泄漏信号的响应时间；t₂为抽速2时泄漏信号的响应时间；S为传热管的截面积；T为传热管中气体的温度；

步骤五、定量：利用搭载有质谱仪吸枪且与传热管一端密封连接的抽气工具架对传热管进行抽气，当传热管不存在漏点时，抽气工具架抽出的气体为纯净空气，质谱仪示数S_air为纯净空气中的氦气本底；当传热管存在漏点时，在一、二次侧压差稳定情况下，漏点处从二次泄漏到一次侧的总气体量Q_Leak是个定值，其中二次侧氦气浓度为C，以已知的恒定抽速Q_suction从传热管一端管口将管内气体源源不断的抽出，此时置于传热管口的吸枪测得的示数为S_suction，通过一下公式即可算得漏率，

$\frac{S_{suction}}{S_{air}}=\frac{\[Q_{leak}\×C+(Q_{suction}-Q_{leak})\×5.2\×{10}^{-6}\]/Q_{suction}}{5.2\×{10}^{-6}}$

纯净空气中的氦气体积浓度为5.2ppm，公式中，S_air和S_suction是质谱仪的读数，二次侧氦气浓度C和传热管口抽速Q_suction是需要根据验收标准进行设定。假设单管总漏率验收标准为＜3cm3/h，那么Q_Leak＝3cm3/h时，C和Q_suction的取值应保证S_leak/S_suction≥1.1，可使用C＝16％和Q_suction＝800l/h或C＝20％和Q_suction＝1000l/h两种组合中的任一种。

9.根据权利要求8所述的利用核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备定位定量方法，其特征在于：所述二次侧在通氦气时，需要气体循环装置保证二次侧各处的氦气浓度一致，所述抽气工具架设有多组吸枪，可一次检测多根传热管。

10.根据权利要求8所述的利用核蒸汽发生器传热管氦质谱检漏设备定位定量方法，其特征在于：步骤一中，检漏状态下，二次侧压力是标准大气压的数倍，二次侧的干燥情况需要格外重视，保证其工作状态下的露点温度相较于环境温度保持充分的安全裕度；为防止二次侧隔离存在漏点，导致氦气泄漏到反应堆厂房，影响查漏时的氦气本底，需在步骤二后先对二次侧充压缩空气至3bar，稳定1～2h后再保压1～2h，当压降满足＜15mbar/h，才能继续步骤三。