CN112798197A - 包壳管气密性检测装置及方法 - Google Patents

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葛洪恩
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Abstract

本发明公开了一种包壳管气密性检测装置及方法，包壳管气密性检测装置包括真空加热炉、氦气加压气源、氦检漏仪、加压管路以及真空管路；所述真空加热炉具有炉腔用于包壳管内置其中；所述氦气加压气源通过所述加压管路分别连通包壳管和炉腔，所述氦检漏仪通过所述真空管路分别连通包壳管和炉腔。本发明的包壳管气密性检测装置，实现包壳管在不同温度环境下的气密性检测，还实现包壳管外压大于内压、内压大于外压的气密性检测，满足多种气密性检测要求。

Description

包壳管气密性检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种管材气密性检测装置，尤其涉及一种包壳管气密性检测装置及方法。
背景技术
事故容错燃料包壳管是日本福岛事故后国际核安全组织所提出的新一代包壳管，要求其在高温(1200℃)、高压工况下具有保持自身完整性的能力，防止放射性放射性物质泄露。碳化硅材料(SiC)以其高熔点、较小的中子吸收截面、高热导率、高温稳定性、高机械强度、良好的中子辐照稳定性、耐腐蚀以及在蒸汽环境下不产氢等优点成为事故容错燃料主要的包壳候选材料之一。同金属管材相比，薄壁SiC管材通过沉积烧结工艺制备而成，容易造成孔隙率较高，气密性较差情况出现。因此，气密性是评判SiC管材制备是否合格的重要指标之一。
包壳管在运行工况时，主要受到外部冷却剂施加的外压和内部燃料芯块高温和裂变气体产生的内压共同作用，外压大于内压。但在失水事故工况时，外部冷却剂丧失导致外部压力下降，同时燃料包壳温度急剧升高，导致内部压力增大，此时包壳管内压大于外压。因此，检测SiC管材在高温环境下，内压大于外压条件下的气密性变得尤为重要。目前，核用焊接后锆合金包壳管主要通过氦检漏仪在室温条件下测量氦气泄漏率来表征管材气密性。具体操作方式如下：将管材一端通过夹持，粘连等方式密封，另一端与氦检漏仪密封连接。开启氦检测模块前，首先将管材内部抽真空，待真空度达到0-10Pa后开启氦检测模式，并在管材外部吹扫少量氦气，如果管材发生泄露，外部的氦气便会在内外压差的作用下进入管材内部，导致氦检测率升高，进而判断焊接后管材气密性是否满足要求。此种气密性检测方式仅适用于常温环境下，外压大于内压条件，无法实现高温环境，内压大于外压的检测条件。
因此，研发出能够实现SiC管材在不同温度、不同内压条件气密性检测的装置尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现不同温度条件下气密性检测的包壳管气密性检测装置及包壳管气密性检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种包壳管气密性检测装置，包括真空加热炉、氦气加压气源、氦检漏仪、加压管路以及真空管路；
所述真空加热炉具有炉腔用于包壳管内置其中；所述氦气加压气源通过所述加压管路分别连通包壳管和炉腔，所述氦检漏仪通过所述真空管路分别连通包壳管和炉腔。
优选地，所述真空加热炉包括炉体以及设置在所述炉体内的加热件；所述炉体的内部腔室形成所述炉腔；所述加热件位于所述炉腔内或所述炉体的炉壁上。
优选地，所述加压管路包括连接在所述氦气加压气源和炉腔之间的第一加压管道、连接在所述氦气加压气源和包壳管之间的第二加压管道；
所述第一加压管道上设有第一加压控制阀，所述第二加压管道上设有第二加压控制阀。
优选地，所述加压管路还包括用于密封配合在所述包壳管的管口上的第一密封头，所述第二加压管道通过第一所述密封头连接所述包壳管。
优选地，所述真空管路包括连接在所述氦气加压气源和炉腔之间的第一真空管道、连接在所述氦气加压气源和包壳管之间的第二真空管道；
所述第一真空管道上设有第一真空控制阀，所述第二真空管道上设有第二真空控制阀。
优选地，所述真空管路还包括用于密封配合在所述包壳管的管口上的第二密封头，所述第二真空管道通过所述第二密封头连接所述包壳管。
优选地，所述氦检漏仪包括抽真空系统以及氦检测系统。
优选地，所述包壳管气密性检测装置还包括与所述氦检漏仪连接的数据采集器。
本发明还提供一种包壳管气密性检测方法，采用以上任一项所述的包壳管气密性检测装置，所述包壳管气密性检测方法包括以下步骤：
S1.1、将待检测的包壳管置于真空加热炉的炉腔内，将所述包壳管相对两个管口分别通过加压管路和真空管路连接氦气加压气源和氦检漏仪；
S1.2、所述真空加热炉的炉腔为室温，或者通过加热升温达到预定温度；
S1.3、开启所述氦检漏仪的抽真空系统，对所述包壳管内部进行抽真空；
S1.4、开启所述氦气加压气源，往所述炉腔内通入氦气，使所述包壳管外部的压力大于其内部压力；
S1.5、开启所述氦检漏仪的氦检测系统，对所述包壳管进行检测；和/或，
所述包壳管气密性检测方法包括以下步骤：
S2.1、将待检测的包壳管置于真空加热炉的炉腔内，将所述包壳管相对两个管口分别通过加压管路和真空管路连接氦气加压气源和氦检漏仪；
S2.2、所述真空加热炉的炉腔为室温，或者通过加热升温达到预定温度；
S2.3、开启所述氦检漏仪的抽真空系统，对所述炉腔内部进行抽真空；
S2.4、开启所述氦气加压气源，往所述包壳管内部通入氦气，使所述包壳管内部的压力大于其外部压力；
S2.5、开启所述氦检漏仪的氦检测系统，对所述炉腔内部进行检测。
优选地，步骤S1.1和步骤2.1中，所述加压管路的第一加压管道连接在所述氦气加压气源和炉腔之间，第二加压管道连接在所述氦气加压气源和包壳管之间；
所述真空管路的第一真空管道连接在所述氦气加压气源和炉腔之间，第二真空管道连接在所述氦气加压气源和包壳管之间。
本发明的包壳管气密性检测装置，实现包壳管在不同温度环境下的气密性检测，还实现包壳管外压大于内压、内压大于外压的气密性检测，满足多种气密性检测要求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的包壳管气密性检测装置的结构框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明一实施例的包壳管气密性检测装置，包括真空加热炉10、氦气加压气源20、氦检漏仪30、加压管路以及真空管路。
真空加热炉10具有炉腔100，用于包壳管1内置其中。氦气加压气源20通过加压管路分别连通包壳管1和炉腔100，氦检漏仪30通过真空管路分别连通包壳管1和炉腔100。
其中，真空加热炉10可包括炉体11以及设置在炉体11内的加热件12。炉体11的内部腔室形成炉腔100；加热件12可以位于炉腔100内或炉体11的炉壁上。加热件12用于对炉腔100进行加热，为包壳管1提供高温检测环境。作为选择，加热件12可为电加热件。
氦气加压气源20用于往包壳管1或炉腔100内通入氦气并达到预定压力。该氦气加压气源20可以是氦气筒等装氦气的装置。
加压管路连接在氦气加压气源20与包壳管1、炉腔100之间。具体地，该加压管路可包括连接在氦气加压气源20和炉腔100之间的第一加压管道21、连接在氦气加压气源20和包壳管1之间的第二加压管道22。
氦气加压气源20的氦气通过第一加压管道21输送到炉腔100内，该第一加压管道21上设有第一加压控制阀211，用于控制第一加压管道21的通断或者流量。氦气加压气源20的氦气通过第二加压管道22输送到包壳管1内，第二加压管道22上设有第二加压控制阀221，用于控制第二加压管道22的通断或者流量。
进一步，加压管路还包括第一密封头23，用于密封配合在包壳管1的管口上。该第一密封头23与第二加压管道22远离氦气加压气源20的一端连接，或者形成在第二加压管道22上。第二加压管道22通过第一密封头23连接包壳管1，实现包壳管1和第二加压管道22之间的密封性，防止漏气。
第一加压管道21和第二加压管道22的一端可汇合为一管道连接氦气加压气源20，另一端相互独立分别连接包壳管1和炉腔100。
氦检漏仪30包括抽真空系统以及氦检测系统，抽真空系统用于对包壳管1或炉腔100进行抽真空，使真空度达到预定要求。氦检测系统用于对包壳管1或炉腔100进行氦气检测，以此判断其中是否有氦气，进而判断包壳管1的气密性。
真空管路包括连接在氦气加压气源20和炉腔100之间的第一真空管道31、连接在氦气加压气源20和包壳管1之间的第二真空管道32。
氦检漏仪30的抽真空系统通过第一真空管道31对炉腔100进行抽真空，炉腔100内气体通过第一真空管道31输送至氦检漏仪30的氦检测系统，氦检测系统检测所接收的气体是否含有氦气。第一真空管道31上设有第一真空控制阀311，用于控制第一真空管道31的通断或者开度。
氦检漏仪30的抽真空系统通过第二真空管道32对包壳管1进行抽真空，包壳管1内气体通过第二真空管道32输送至氦检漏仪30的氦检测系统，氦检测系统检测所接收的气体是否含有氦气。第二真空管道32上设有第二真空控制阀321，用于控制第二真空管道32的通断或者开度。
进一步，真空管路还包括第二密封头33，用于密封配合在包壳管1的管口上。该第二密封头33与第二真空管道32远离氦检漏仪30的一端连接，或者形成在第二真空管道32上。第二真空管道32通过第二密封头33连接包壳管1，实现包壳管1和第二真空管道32之间的密封性，防止漏气。
第一真空管道31和第二真空管道32的一端可汇合为一管道连接氦检漏仪30，连接处可通过密封夹具34保证密封性。第一真空管道31和第二真空管道32的另一端相互独立分别连接包壳管1和炉腔100。
进一步地，本发明的包壳管气密性检测装置还包括数据采集器40，与氦检漏仪30连接，用于接收氦检漏仪30检测获得的真空度、气密性等数据。数据采集器40可以是显示器或者计算机等。
采用本发明的包壳管气密性检测装置对包壳管气密性进行检测，包壳管可以是SiC包壳管或其他材料包壳管等管材。对包壳管的气密性检测包括有以下两种情况：包壳管外压大于内压、包壳管内压大于外压。
参考图1，在包壳管外压大于内压的情况下，其检测方法可包括以下步骤：
S1.1、将待检测的SiC包壳管1置于真空加热炉10的炉腔100内，将包壳管1相对两个管口分别通过加压管路和真空管路连接氦气加压气源20和氦检漏仪30。
其中，加压管路的第一加压管道21连接在氦气加压气源20和炉腔100之间，第二加压管道22连接在氦气加压气源20和包壳管1之间。真空管路的第一真空管道31连接在氦气加压气源20和炉腔100之间，第二真空管道32连接在氦气加压气源20和包壳管之间。
S1.2、真空加热炉10的炉腔100为室温，或者通过加热升温达到预定温度。
该步骤中，根据所需要检测的环境条件，通过启动真空加热炉10的加热体12，对炉腔100内进行加热升温，使其达到所需要的高温(如1200℃)，保温(如保温30min)。不需要高温环境时，不启动加热件12，炉腔100为室温(或常温)。
S1.3、开启氦检漏仪30的抽真空系统，对包壳管1内部进行抽真空。
抽真空前，确保第一加压控制阀211、第二加压控制阀221、第一真空控制阀311和第二真空控制阀321都处于关闭状态。
抽真空时，打开第二真空控制阀321，连通包壳管1和抽真空系统，抽真空系统对包壳管1进行抽真空，使包壳管1内部真空度达到预定真空度(如0-10Pa)。
S1.4、开启氦气加压气源20，往炉腔100内通入氦气，达到检漏测试条件，并使包壳管1外部的压力大于其内部压力。
氦气加压气源20开启前，打开第一加压控制阀211。
S1.5、开启氦检漏仪30的氦检测系统，对包壳管1进行检测。
数据采集器40接收氦检漏仪30检测获得的真空度、气密性等数据，通过获得的气密性数据判断包壳管1的气密性。
若检测到包壳管1内含有氦气，说明包壳管1气密性不足；若包壳管1内没有氦气，则说明包壳管1气密性满足要求。
参考图1，在包壳管内压大于外压的情况下，其检测方法可包括以下步骤：
S2.1、将待检测的包壳管1置于真空加热炉的炉腔100内，将包壳管相对两个管口分别通过加压管路和真空管路连接氦气加压气源20和氦检漏仪。
其中，加压管路的第一加压管道21连接在氦气加压气源20和炉腔100之间，第二加压管道22连接在氦气加压气源20和包壳管1之间。真空管路的第一真空管道31连接在氦气加压气源20和炉腔100之间，第二真空管道32连接在氦气加压气源20和包壳管之间。
S2.2、真空加热炉的炉腔100为室温，或者通过加热升温达到预定温度。
该步骤中，根据所需要检测的环境条件，通过启动真空加热炉10的加热体12，对炉腔100内进行加热升温，使其达到所需要的高温(如1200℃)，保温(如保温30min)。不需要高温环境时，不启动加热件12，炉腔100为室温(或常温)。
S2.3、开启氦检漏仪的抽真空系统，对炉腔100内部进行抽真空。
抽真空前，确保第一加压控制阀211、第二加压控制阀221、第一真空控制阀311和第二真空控制阀321都处于关闭状态。
抽真空时，打开第一真空控制阀311，连通炉腔100和抽真空系统，抽真空系统对炉腔100进行抽真空，使炉腔100内部真空度达到预定真空度(如0-10Pa)。
S2.4、开启氦气加压气源20，往包壳管1内部通入氦气，达到检漏测试条件，并使包壳管1内部的压力大于其外部压力。
氦气加压气源20开启前，打开第二加压控制阀221。
S2.5、开启氦检漏仪的氦检测系统，对炉腔100内部进行检测。
数据采集器40接收氦检漏仪30检测获得的真空度、气密性等数据，通过获得的气密性数据判断包壳管1的气密性。
若检测到炉腔100内含有氦气，说明包壳管1气密性不足；若炉腔100内没有氦气，则说明包壳管1气密性满足要求。
在上述的包壳管气密性检测方法中，当将两个或以上的包壳管1置于真空加热炉10内进行气密性检测时，应分别对每一包壳管1进行抽真空、通氦气等的操作，保证检测数据的准确性；对于需要高温检测环境，对于多个包壳管1可以同时升温操作，提高检测效率。
综上可知，本发明的包壳管气密性检测方法，能够实现包壳管在不同温度、不同内外压关系条件下的气密性检测，以准确评判在核电中不同工况下包壳管的气密性是否满足要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种包壳管气密性检测装置，其特征在于，包括真空加热炉、氦气加压气源、氦检漏仪、加压管路以及真空管路；
所述真空加热炉具有炉腔用于包壳管内置其中；所述氦气加压气源通过所述加压管路分别连通包壳管和炉腔，所述氦检漏仪通过所述真空管路分别连通包壳管和炉腔。
2.根据权利要求1所述的包壳管气密性检测装置，其特征在于，所述真空加热炉包括炉体以及设置在所述炉体内的加热件；所述炉体的内部腔室形成所述炉腔；所述加热件位于所述炉腔内或所述炉体的炉壁上。
3.根据权利要求1所述的包壳管气密性检测装置，其特征在于，所述加压管路包括连接在所述氦气加压气源和炉腔之间的第一加压管道、连接在所述氦气加压气源和包壳管之间的第二加压管道；
所述第一加压管道上设有第一加压控制阀，所述第二加压管道上设有第二加压控制阀。
4.根据权利要求3所述的包壳管气密性检测装置，其特征在于，所述加压管路还包括用于密封配合在所述包壳管的管口上的第一密封头，所述第二加压管道通过第一所述密封头连接所述包壳管。
5.根据权利要求1所述的包壳管气密性检测装置，其特征在于，所述真空管路包括连接在所述氦气加压气源和炉腔之间的第一真空管道、连接在所述氦气加压气源和包壳管之间的第二真空管道；
所述第一真空管道上设有第一真空控制阀，所述第二真空管道上设有第二真空控制阀。
6.根据权利要求5所述的包壳管气密性检测装置，其特征在于，所述真空管路还包括用于密封配合在所述包壳管的管口上的第二密封头，所述第二真空管道通过所述第二密封头连接所述包壳管。
7.根据权利要求1所述的包壳管气密性检测装置，其特征在于，所述氦检漏仪包括抽真空系统以及氦检测系统。
8.根据权利要求1-7任一项所述的包壳管气密性检测装置，其特征在于，所述包壳管气密性检测装置还包括与所述氦检漏仪连接的数据采集器。
9.一种包壳管气密性检测方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的包壳管气密性检测装置，所述包壳管气密性检测方法包括以下步骤：
S1.1、将待检测的包壳管置于真空加热炉的炉腔内，将所述包壳管相对两个管口分别通过加压管路和真空管路连接氦气加压气源和氦检漏仪；
S1.2、所述真空加热炉的炉腔为室温，或者通过加热升温达到预定温度；
S1.3、开启所述氦检漏仪的抽真空系统，对所述包壳管内部进行抽真空；
S1.4、开启所述氦气加压气源，往所述炉腔内通入氦气，使所述包壳管外部的压力大于其内部压力；
S1.5、开启所述氦检漏仪的氦检测系统，对所述包壳管进行检测；和/或，
所述包壳管气密性检测方法包括以下步骤：
S2.1、将待检测的包壳管置于真空加热炉的炉腔内，将所述包壳管相对两个管口分别通过加压管路和真空管路连接氦气加压气源和氦检漏仪；
S2.2、所述真空加热炉的炉腔为室温，或者通过加热升温达到预定温度；
S2.3、开启所述氦检漏仪的抽真空系统，对所述炉腔内部进行抽真空；
S2.4、开启所述氦气加压气源，往所述包壳管内部通入氦气，使所述包壳管内部的压力大于其外部压力；
S2.5、开启所述氦检漏仪的氦检测系统，对所述炉腔内部进行检测。
10.根据权利要求9所述的包壳管气密性检测方法，其特征在于，步骤S1.1和步骤2.1中，所述加压管路的第一加压管道连接在所述氦气加压气源和炉腔之间，第二加压管道连接在所述氦气加压气源和包壳管之间；
所述真空管路的第一真空管道连接在所述氦气加压气源和炉腔之间，第二真空管道连接在所述氦气加压气源和包壳管之间。
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