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摘要：本文主要介绍了凝汽器真空系统及氦质谱真空检漏方法，并以某AP1000核电站真空系统为例，说明氦质谱检漏在凝汽器真空系统检漏中的操作方法。
关键词：氦质谱检漏，凝汽器真空系统，AP1000
1 前言
凝汽器真空度是凝汽器特性的主要指标，对于核电机组的运行经济性、安全性及调节都有较大影响。在运行过程中，若出现凝汽器真空恶化时，真空检漏工作就变得极其重要。相比于传统的检漏方法，氦质谱检漏具有准确，灵敏度高以及不停机检测等优点。随着核电业务的不断拓展，氦质谱检漏技术将得到越来越多的应用。
2 凝汽器真空系统
2.1 凝汽器真空的形成
凝汽器内的真空是由低压缸末级排气在流经钛管表面，被管内循环水带走热量，蒸汽受到急速冷却骤然凝结成水，其比容急剧缩小（在4kPa的压力下，蒸汽的比容比水大30000多倍），原来被蒸汽充满的空间便会形成高度的真空。
在机组的启动过程中，依靠凝汽器抽真空系统的抽真空泵将凝汽器壳体及与之相连的管道内的空气抽出，形成机组启动所需要的真空。
2.2 凝汽器真空的维持
在汽轮机运行过程中，负压系统不严密所漏入的空气及补水中溶解的气体，最终会在凝汽器内积聚。这些不凝结的气体如果不能及时排除，就会在凝汽器内越积越多导致凝汽器真空恶化，从而影响机组的正常运行。通过设置带有射气抽气器的水环式抽真空泵将凝汽器内的空气不断抽出，维持凝汽器内的高真空。
2.3 凝汽器真空系统漏气的危害
若凝汽器的真空恶化，低压缸的排汽压力升高，蒸汽的焓降变小，排汽温度升高，不仅会降低汽机的循环热效率，还可能出现严重的热膨胀，危及汽轮机的运行安全。此外，凝汽器真空度下降，会造成凝汽器空气分压力增大，增加了空气在水中的溶解度。凝结水内含氧量的增大，造成对管道及凝汽器等设备的腐蚀。[1]
3 氦质谱检漏技术概述
氦质谱检漏仪是以氦气作为示漏气体，对真空设备的微小漏隙进行定位、定量和定性检测的专用检漏仪器。具有性能稳定、灵敏度高、操作简便和检测迅速等特点。
3.1 凝汽器真空系统传统检漏方法
在电厂的安装过程中，凝汽器真空系统一般采用灌水法进行检漏。采用符合要求的合格水灌至凝汽器喉部，静置24小时后观察液位的下降高度是否满足设计要求。采用灌水法进行检漏，具有漏点易于辨识，操作简单，处理后验证方便等优点。但由于灌水的高度一般在凝汽器喉部，因而凝汽器喉部以上的部分，例如低压缸本体的检漏并不能采用该方法。
在电厂运行或热态调试过程中，汽轮机组的负荷、温度发生较大变化时，由于设备的热胀冷缩产生的巨大应力，可能会造成部分法兰松动或焊缝损伤，从而引起漏气。此外，系统内介质的冲刷和腐蚀会进一步对阀门、法兰和焊缝的造成损害，使得漏气现象变得更加严重。因此，系统在运行过程中的检漏工作也极为重要。
传统的检漏方法包括灌水法、烛火法和卤素法。但上述方法都具有一定的局限性：灌水法查漏需要在停机状态下进行，且无法发现机组运行时由于膨胀不均，使连接法兰出现张口而引起的泄露；烛火法不适用于AP1000核电站所采用的氢冷机组；卤素法常采用氟利昂作为示漏气体，容易对操作人员造成伤害。
3.2 氦质谱检漏方法的优点
氦质谱检漏仪是以氦气作为示漏气体对真空设备的微小漏隙进行检测的专用仪器。采用氦气作为示漏气体具有以下优点：
1.氦气的质量数小，穿透能力强，能穿透微小细缝；
2.无色无味，无毒性，不会对操作人员人身安全造成危害，也不会污染工作环境；
3.氦气是惰性气体，化学性质稳定，不会与真空系统内介质发生反应；
4.在空气环境中的含量极少且组分基本恒定，满足检测灵敏度的要求，减少了本底对检测准确性的干扰。[2]
4 氦质谱检漏技术的应用
以国内某AP1000核电厂为例来说明氦质谱在凝汽器真空系统检漏中的应用。
4.1 氦质谱仪取样点的设置
如下图1所示，凝汽器抽真空泵位于0米层，排气管道从7.5米层通向大气，为便于人员操作，可在7.5米层的管道上开孔作为氦质谱仪的探头取样点。
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图1 氦质谱仪取样点位置示意图
4.2 氦质谱仪操作方法
在凝汽器真空系统可疑泄露处喷少量氦气，若有漏点存在，所喷的氦气会混在空气中一同被吸入真空系统，从而在上述的取样点检测到氦气的存在。并且可以通过氦质谱仪上仪表读数的大小判断出漏点的大小。
4.2.1 采取先上后下的原则
由于氦气质量数为4，比空气轻，极易上飘，若检漏时，先检测下部，容易发生因氦气上飘进入上部漏点而产生误判。因而检漏过程中要采用先上后下的方法，从汽轮机所在的16米层开始逐层检查至-9.5米层。每一层的阀门、焊缝和法兰要按照标高的高低顺序进行检测。
在检测过程中，准确判断漏点的位置是极其重要的。如图2所示，若在检测管道阀门时发现A处存在漏点，再检测下部管道焊缝B处也发现氦质谱仪的仪表读数高于正常值。造成读数偏高的有两种可能：一是管道焊缝B处存在漏点；另一种可能性是喷氦检测时，氦气上飘到A处漏点。
针对上述情况，若两根管道之间间距较小，可按下列方法进行判断B处是否真正存在漏点。当B处检测时仪表读数比A处大（A、B处喷氦量要求基本一致），说明B处肯定存在漏点；当B处检测到的数值比A处小很多，则可认为是氦气上飘从A处进入系统引起的，B处不存在漏点；当B处检测到的数值稍小于A处，则需要等待A处漏点处理完成后，重新喷氦检测进行判断。
若两根管道之间的距离远大于管道直径，当检测到B处的数值比A处小，可在B处上方的C处喷适量的氦气，若仪表读数与在B处喷氦时变化不大，说明B处不存在漏点，这是因为氦气上飘无法到达B处，仪表的读数是由氦气进入A处所引起的。同理，若仪表读数比在B处喷氦时小很多，则说明B处存在漏点。
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4.2.3 通风对检漏的影响
该AP1000核电厂汽轮机厂房的通风系统是通过屋顶风机及新风机组在汽机厂房内形成强制对流，保持夏季厂房内具有合适的温度，另外设置了扰动风机，防止厂房内局部过热。在冬季，通过暖风机来保证厂房内温度满足人员和设备的防冻要求。
在厂房内通风设备启动时，空气的强制流动会带动氦气四处飘散，容易出现氦气飘到其他位置的漏点使氦质谱仪的仪表读数高于正常值，从而无法准确判断检测位置的泄露情况。因此在执行检漏操作时，应关闭上述通风设备，减少空气流动的影响。建议夏季在清晨或黄昏时段，冬季在午间时段进行检漏工作。
4.2.4 保温层内的检漏方法
凝汽器抽真空系统涉及到的管道大部分都有保温层。若漏点在保温层内，是不容易被检测和发现，拆除保温层才便于查找漏点，但无目的的拆除会造成浪费。针对于这类情况，可利用尖锐的工具捅破保温层，进行喷氦检测，并适当加大所喷的氦气量。当发现漏点时，拆除保温层进行漏点定位，若未发现漏点，则不需拆除保温层，以免造成浪费。
5 结语
AP1000核电厂凝汽器真空的状况不仅关系到电厂的经济效益，还关系到核反应堆的安全稳定运行。氦质谱检漏技术能够对真空系统进行定位、定性和定量检漏，在火电等领域已广泛推广并得到有效验证。因此，将氦质谱检漏技术应用于AP1000电厂的真空系统的检漏工作是一项成熟可靠的选择。
参考文献：
[1]史锡兆，火力发电厂凝汽器真空系统氦质谱检漏技术；
[2]何己有，氦质谱检漏仪检测原理及应用；