核蒸汽发生器传热管氦检漏专项检查技术与装备

  完成单位：中广核检测技术有限公司

  主要完成人：王彬、刘步良、张红星、眭霄翔、林忠元、黄屹峰、孙加进、吴文昊、张伟、陈文卿

一、研发背景

蒸汽发生器是核电厂三大关键设备之一，用于将核反应堆的热能转化为蒸汽内能。核电厂放射性的一回路与无放射性的二回路之间存在一道屏障，称为一回路边界，一回路边界的完整性可以保证核电厂放射性物质不会泄漏到公众环境中。蒸汽发生器传热管占一回路边界的近80%面积。当传热管发生泄漏时，放射性会通过漏点泄漏到环境中，需要紧急停堆，找出泄漏的传热管。同时，传热管上发现的微小漏点可能是该传热管将要发生破管的预警信号，在役发生破管这种严重事故可能导致核反应堆失水，后果非常严重。

蒸汽发生器传热管氦检漏是RSE-M规范要求的强制检查项目。规范要求，机组运行十年及之后的每个十年全面在役检查（VC）对全部管束进行氦检漏。该技术也可用于役前和在役阶段通过物理化学手段监测到传热管发生泄漏时的应急查漏。

为充分掌握蒸汽发生器传热管氦检漏技术，中广核检测技术有限公司依托中国广核集团的大量核电运行机组优势，开发形成具备完全自主知识产权的全套核蒸汽发生器传热管氦检漏设备定量定位检漏方法。

二、发明团队介绍

本专利发明团队来自中广核检测技术有限公司（以下简称“检测公司”），该公司拥有一支由高学历、高素质人才组成的蒸汽发生器传热管氦检漏专业团队。作为国内首支取得传热管氦检漏检查资质并完成工程应用的团队，见证了核电事业的迅速发展，积累了丰富的蒸发器氦检漏经验，形成了科学的管理体系。

检测公司作为中国广核集团技术服务平台，主要从事核电站无损检测技术研究及开发，为核电站工程建设和安全运行提供在役检查技术支持和服务。团队开发的国内首套蒸汽发生器传热管氦检漏技术和装备，填补了国内空白，打破了国际垄断，极大地提高了国内核电主设备部件检测技术能力，为国家核电走出去战略目标提供技术支持和保障。

1.能力建设

团队吸收消化国外先进技术和实施经验，对关键工艺进行推演论证，编制多份技术文件，建立完善的文件体系，并通过国家核安全局关于整套装备、定位器的能力验证。团队不断取得突破，现场实施工期与国外承包商最优工期相当、人员剂量比对方最优剂量低13%，完成国内首套氦检漏设备自主研制及现场应用，形成了完全自主实施和设备自主研制的能力，且均达到了国际一流、国内领先水平。

2.科技创新

团队消化技术资料400余份，突破了二次侧充氦混合控制技术、水封监测技术等6项关键技术，成功实现国产化氦检漏设备的自主研制和现场应用。该专利及技术可向多堆型推广，应用前景广阔。

3.人才培养

团队在集团内部开展多次氦检漏全流程培训，打造一支高技能水平专业队伍，团队梯队建设不断完善，各成员能力得到极大提升。现已培养出了一支具备技术研究、设备研制、现场实施等多方位能力的专业队伍，为国内外多基地业务开展奠定基础。

三、成果(专利)简介

1.专利应用原理

专利用于迅速准确查找泄漏传热管，并用于指导采取后续的堵管等措施，可有效阻止放射性扩散，尽快恢复生产。泄漏传热管上漏点的大小和位置是判断传热管破损形成原因的关键信息，可以帮助核电运营商采取恰当及时的改进措施。蒸汽发生器传热管氦检漏不仅需要快速准确的判断传热管是否泄漏，还要能够精确测量泄漏传热管的漏率，并对泄漏位置也就是漏点进行定位。

通过在蒸汽发生器二次侧充以一定浓度和压力的示踪氦气，当传热管管壁上存在漏点时，示踪氦气会通过漏点漏到一次侧，以恒定抽速将传热管一次侧内的气体抽出，通过质谱仪测量抽出气体中的氦气浓度。传热管不存在漏点时，抽出气体中的氦气浓度等于纯净空气中的氦气本底浓度；传热管存在漏点时，抽出气体中的氦气浓度高于纯净空气中的氦气本底浓度。传热管总漏率不同，抽出气体中的氦气浓度就不同。建立传热管总漏率与抽出气体氦气浓度之间的函数关系，进行漏率定量测量。

当蒸汽发生器二次侧的压力和氦气浓度确定时，传热管上漏点的漏率是一定值。改变抽速时，质谱仪测得的传热管内抽出气体的氦气浓度信号会发生改变。传热管上存在径向位置不同的多个漏点时，氦气浓度信号会发生与漏点数量一致的多次改变，根据氦气浓度信号可判断传热管上径向位置不同的漏点数量。漏点在传热管上的径向位置不同，从改变抽速到质谱仪信号发生改变的响应时间就不同。建立漏点径向位置与响应时间之间的函数关系，进行漏点定位测量。

2.专利涉及内容

专利研究蒸汽发生器传热管氦检漏检查技术，重点研究泄漏传热管漏率定量、漏点定位等关键技术问题。专利用于指导研制蒸汽发生器传热管氦检漏检查设备，设备各项性能指标需满足在役检查要求。专利同时指导研制蒸汽发生器传热管氦检漏检查设备测试系统，系统需满足设备测试和国家核安全局设备综合能力验证的要求。专利研究了蒸汽发生器传热管氦检漏计算模型，提高漏率定量的精度；建立漏率与缺陷尺寸的数学模型，提供了不同检测对象验收标准的制定依据。

根据专利内容，可开发出蒸汽发生器氦检漏检查设备，设备测试和国家核安全局组织的设备综合能力验证表明：该套设备漏率定量准确，可有效检出总漏率≥3Ncm3/h的泄漏传热管，并实现漏率定量；可实现漏点定位功能，径向定位精度≤±1m；以上各项技术指标均满足在役检查的要求。

根据专利内容，可开发出蒸汽发生器氦检漏检查设备测试系统，模拟体可将泄漏传热管固定在管板上任一位置，漏点的位置和漏率可调；可在实验室环境下实现对检查所需蒸汽发生器二次侧各项物理参数的模拟，已成功用于设备测试和国家核安全局组织的设备综合能力验证。

四、成果（专利）转化情况介绍

中广核检测技术有限公司在2015年项目通过了国家核安全局组织的能力验证，成为国内首家取得蒸汽发生器传传热管氦检漏检查资质的公司。

公司2014-2015年在大亚湾核电厂D217、D117机组二十年大修成功完成蒸汽发生器传传热管氦检漏专项检查。

公司2021-2022年在岭澳核电厂L310、L409、L118机组十年大修中成功完成蒸汽发生器传传热管氦检漏专项检查。

目前公司已成功签订2023年宁德核电厂N107机组十年大修、岭澳核电厂L218机组十年大修蒸汽发生器传传热管氦检漏专项检查合同。并与其他基地核电机组运营单位沟通洽谈合作事项。

五、经济效益与社会效益介绍

根据中广核集团内的在运核电机组数量，预计未来该专项检查在集团内核电基地的实施频率为4-5次/年。此外，该项科技成果也可推广应用于其它民用或军用核能设施，应用前景广阔。后续市场规模也将随着集团内在运核电机组数量的增加及集团外市场的拓展而不断变大。

公司近两年完成了3次核蒸汽发生器传热管氦检漏专项检查，经济效益总额达2098.8万元。预计未来检查频次约为4-5次/年，每年新增产值约为2800-3500万元，未来的经济效益也将随着集团内在运机组数量的增加及集团外市场的拓展不断提高。

该项技术的成功研发应用，填补了国内技术空白，打破了国外垄断，极大地提高了国内核电主设备部件检测技术能力，为国家核电走出去战略目标提供技术支持和保障；提高了核电设备的安全有效性，保护公众和环境免遭放射性伤害；培养了一批高技术创新型人才，并创造了多个工作岗位，推动社会经济发展。