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1、综 述 我国核蒸汽发生器传热管 在役检测现状 杨宝初 (核动力运行研究所,武汉 430074) 摘 要 重点介绍核蒸汽发生器传热管的在役检查设备、 人员要求、 技术现状及降质检测对 策。 主题词 核电站 蒸汽发生器 传热管 涡流检验 THE STATE-OF-THE-ARTOF INSERVI CE INSPECTI ON OF THE EXCHANGE TUBESOF NUCLEAR STEAM GENERATORS Yang Baochu (Research Institute of N uclear PowerOperation) Abstract The inservice inspe
2、ction of the heat exchange tubes of nuclear steam generators is described including the relative equipment, the state2of2the2art of technology and the measures for lowered quality testing. Keywords N uclear power plant Steam generator Heat exchange tube Eddy current testing 1 概述 核电是和平利用核能的典范。目前我国大亚湾
3、 和秦山两座核电站已安全运行近 8a (年 ), 这证明了 压水型核电站是安全、 清洁、 高效的能源。 核蒸汽发生器是压水堆的主要设备之一。它将 反应堆一回路所产生的高温、 高压水的热量通过数 千根U形薄壁管传给二次侧的低压水,并使之产生 蒸汽,以驱动汽轮发电机组发电。 核电站的在役检查主要是为了掌握一回路压力 边界部件的现状,在停堆检修期间利用无损检测方 法对承压设备进行检查,及时发现问题并采取必要 的补救措施,防止核泄漏事故的发生。 核电站的在役 检查是国际核安全的法定要求。 核电站蒸汽发生器的在役检查主要有传热管的 涡流检查,接管焊缝的超声、 射线及着色检查,水室 内表面的视频检查,管板
4、上表面沉积物的视频检查 及打压泄漏检查等。 核蒸汽发生器传热管由壁厚仅为1mm、 长约 20m的U形管组成,因管内流有高温、 高压水, 二次 侧管外有腐蚀性沉积物及支撑板、 防震条磨损等影 响,故传热管是一回路压力边界最薄弱的环节。 世界 统计资料表明,约有50%的蒸汽发生器产生不同程 度的传热管降质破损现象1。为了及时掌握传热管 的现状,每年都要在停堆检修期间用一定的人力、 物 力作一定比例的传热管在役检查。 我国目前用于核电站的蒸汽发生器共有8台, 它们在高温、 高压交变工况下分别运行6 8a 。在这 期间已用涡流法作过45次传热管在役检查。 蒸发 器运行工况表明,这些传热管将逐渐进入降质
5、破损 期。 我国由于使用的管材是耐腐蚀性好的新材料,沉 积物的冲洗是用高压水,而不是用化学清洗,业主平 时加强了维护保养,故至今还没有发现达到记录标 准 (20% 管壁厚度)的缺陷,只发现沉积物和原有的 凹痕。因大亚湾核电蒸汽发生器每年都要冲洗沉积 物,所以其管板上的沉积物远远少于秦山核电蒸汽 发生器。 2 核蒸汽发生器传热管涡流检查的要求 涡流检查具有可达性强、 速度快、 不需耦合剂、 相对灵敏度较高、 易实现遥控自动化检查等特点,特 别适用于具有高放射性的蒸汽发生器的全管在役检 查。 所以至今为止,涡流法仍是唯一行之有效的传热 管检测方法。 核蒸汽发生器传热管属于最容易出问题的核一 级部件
6、。 为了在短时间内保质、 保量完成在役检查任 512 第22卷第5期 2 0 0 0年5月 无损检测 NDT Vol . 22 No. 5 M ay 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 务,按我国核安全法规,对在役检查所使用的设备、 人员、 文件提出了如下三点合格要求。 2. 1 高质量的检测设备 为了在高放射性场合下保质、 保量、 按时完成核 蒸汽发生器传热管的在役检查任务,必须使用稳定 可靠的计算机遥控涡流检测系统。 美国Z
7、ETEC公司制造的M IZ218A涡流检测 系统是由4个频率、16个通道组成的多频涡流仪。 计算机控制的SM210?20?22机械手使涡流探头自 动到达每根被检管口,再控制推拔器将探头送到传 热管的另一端,返回时采集涡流数据,并将数字化的 涡流数据送到数据分析站进行分析,然后将分析结 果送到数据管理系统进行统计管理,最后打印出检 查报告。 该涡流仪可以连接不同类型的探头,例如常 用的环绕式探头、 旋转探头和81排列式探头等, 以达到不同的检测目的。 我们使用的计算机均为美国HP公司生产的, 早期使用的是200?300系列,目前已逐步使用优于 HP700系列的计算机,而且采用了Eddnet 95
8、? 98网 络系统。此系统的主要特点是将现场采集的涡流数 据通过网线或卫星传到几千公里以外的数据分析站 作在线同步分析,缩短了在役检查的时间。 我国厦门 制造的多频涡流仪较接近美国的产品,但还缺乏与 遥控机械手配套使用的软件功能,若经过改进提高, 使之与系统配套,可望在不久的将来用于我国核蒸 汽发生器传热管的在役检查。 2. 2 检测人员的资格 有了合格的检测设备,必须有合格的检测人员 才能充分发挥设备的优势,确保检测结果的有效性, 防止漏检、 误判现象的发生。为此,检测人员除了持 有相应的资格证书外,还必须具备相应的工作经验, 特别是数据分析负责人,更应具有丰富的数据分析 经验,把住数据分析
9、结果有效性的最后一道关。 我们 从事核蒸汽发生器传热管涡流检查已有20a之久, 在这20a内,我们有两次在国际竞争中达标。至今, 完成近60台次核蒸汽发生器传热管的涡流检查任 务,并针对检查中出现的种种技术问题完成了大量 的科研项目2。 这些均已被秦山、 大亚湾核电站安全 运行的历史所证实。 经长期努力,我国在役检查质量 在不断提高,在役检查所用时间在不断缩短,检查人 员的受照剂量不断降低,这些都是体现在役检查水 平的指标,我国的在役检查水平正在向国际水平靠 拢。 但随着科学技术的进步及核安全要求的提高,将 还有许多技术问题有待去研究解决。 2. 3 合格的检查文件 有了合格的设备及人员,还必
10、须有合格条例去 规范检测人员的操作。最主要的检查文件是涡流检 验规程,它是遵照有关法规的要求并根据被检传热 管的尺寸、 材料及结构等特点制定的检查参数及检 查要求。 在检查中必须严格执行规程,除非有足够的 理由证明,并经负责人同意及业主认可方能修改。 3 传热管的降质及检查对策 鉴于核蒸汽发生器传热管的工况很恶劣,传热 管内有高温、 高压、 高流速的水流,传热管外有水、 汽 及沉积物,而且这些参数随运行工况的变化而变化。 这种交变的工况易诱发种种降质现象,如在胀管过 渡缝隙区会诱发轴向或周向裂纹,在沉积物区会引 起晶间腐蚀,高速流水使传热管产生振动而在支撑 板、 防震条部位产生磨损减薄 ,U
11、形管上部的汽水 交界面也易诱发微裂纹,在周边管下部因二次侧补 水冲刷易造成外表面冲刷减薄等。 我国核蒸汽发生器目前虽然还没有发现降质迹 象,但本着科研领先、 预防为主的精神,根据国外已 出现的种种降质现象,从1988年起已做了大量针对 性的研究工作。通过大量的试验研究、 收集归纳,编 制了有各种典型信号的 涡流信号图谱册 。这本图 谱册随着科研工作的不断深入而不断充实提高,它 既可作为实际判伤时的参考,也可作为一本很好的 培训教材。 该图谱册有三个方面内容,即 对同一种模拟 缺陷用多种类型的涡流探头、 不同的频率、 不同的混 频方法进行检验分析。首先用一般的环绕式探头 (BOBB I N)进行
12、检验,再用81或42排列式探 头和旋转探头作检验。 这样,对每种缺陷可获取大量 的信息,得到多频、 多通道的长条图、 李沙育图、 三维 图及轮廊图。 从中确定每种探头的优点,为准确判别 缺陷提供较充分的根据。 从国内各种换热器中已 有真实缺陷的传热管上取样作上述检验研究,最后 进行金相解剖分析,为准确分析提供了可靠的依据, 同时也提高了涡流信号的分析水平。 为弥补我国 核电蒸汽发生器传热管无缺陷信号对照分析的不 足,从国内外多种换热器管在役检查中收集了大量 真实的缺陷信号作为图谱册的组成部分。 通过大量的研究分析,已初步总结出核蒸汽发 生器传热管不同部位、 不同缺陷的涡流检查方法及 其使用的局
13、限性,并初步找到了相应的解决办法。 核蒸汽发生器传热管的涡流检测,一般先用采 集速度高的环绕式探头进行,分析时以主通道的相 (下转第218页) 612 杨宝初:我国核蒸汽发生器传热管在役检测现状 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 旋钮用于满刻度时对永久磁体限位。 2 磁阻法涂层厚度测量仪 磁阻法涂层厚度测量仪,在有些资料中称为涡 电流法涂层厚度测量仪3,如图2所示,图中核心部 件是带磁心的电感线圈,线圈上加有低频交流信号, 信号在电感线圈内产
14、生磁通,磁通穿过磁心和被测 物体的基体形成磁回路,如图中虚线所示。 当涂层厚 度不同时,磁回路的磁阻将不同,即涂层厚度较薄 时,回路的磁阻小;涂层厚度较厚时,回路的磁阻大。 磁阻的变化导致了电感线圈的电感量和阻抗的变 化。在信号源和内阻R参数不变的情况下,电感两 端的电压将随涂层厚度的变化而变化,即利用此电 压可表征涂层厚度。这时将此电压送至二极管D检 波和电容器C滤波后,经标度变换,送至电压表或 数码显示电路,显示出涂层厚度值。 图2 3 国内几种涂层测厚仪及其特性介绍 现将国内市场几种涂层测厚仪列于附表,仪器 有上海华阳电子仪器厂的HCC224型,江门市化工 附 表 型号 厚度测量 范围?
15、mm 测量误差 % 分辨力 m 工作电压 V 显示 方式 HCC22401. 2031DC94位LCD THY2103. 00510AC220指针显示 WM2 3A 03. 00510DC93位LCD CHY22403. 00510DC63位LCD 仪表厂的THY21型,无锡市电子仪器厂的WM2 3A 型和沈阳市东华检测仪器厂的CHY23型。 4 结束语 以上介绍了机械法和磁阻法两种涂层厚度测量 仪的基本工作原理,实际应用中的涂层厚度测量仪 远比上面介绍的复杂得多。尤其是磁阻法涂层测厚 仪,多数已采用先进的数字技术和单片计算机技术, 使涂层测厚仪具备智能化和数字显示等功能。 随着工业技术的不断
16、进步,磁性金属基体上非 磁性涂层厚度的无损检测技术日趋受到重视,其应 用范围也不断扩大,如家电行业中,电冰箱、 洗衣机 表面的漆膜厚度目前已有严格的技术标准;民用搪 瓷行业中,搪瓷涂层厚度的检测也有相应规定。 参考文献 1 GB 4956- 85 磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测量 磁性方法 2 ISO 2178-1982 Non2magnetic Coatings on M agnetic SubstratesM easurement of Coating Thickness M agneticM ethod 3 吉野新治著,张玉龙等编译.传感器电路设计手册.北京: 中国计量出版社, 198
17、9. 收稿日期: 1999201206 (上接第216页) 位判断为主,其它通道为辅。 对有规律的磨损减薄信 号以幅值分析为主,相位分析为辅综合分析。 鉴于环 绕式探头的检测灵敏度低于81排列式探头和旋 转式探头的检测灵敏度,故一般在缺陷多发区用8 1排列式探头或旋转探头作进一步抽查分析。对 磨损或冲刷造成的传热管均匀减薄用81排列式 探头可作出轮廓曲线,同时可精确测量传热管减薄 后的形状及尺寸。 据介绍CeCo5涡流探头及超声探头对传热管 的缺陷检测有较高的灵敏度,但至今还没有确切的 有关灵敏度的数据,特别是对微小针孔的检测能力。 目前我们正着手这方面的研究工作。 另外,如用超声 法,不仅要另外增加一套价格昂贵的设备系统,而且 还需要水耦合剂,检测速度慢,还不能对U形管作 全管检查,故至今还没有很好推广应用。 参考文献 1 NURER?CR- 6365, I N EL - 95?0383. 2 杨宝初.秦山核电厂两根传热管异常信号分析.无损检 测, 1993, 15(8): 215 收稿日期: 1999205205 812 姚广仁:磁性金属基体上非磁性涂层厚度的无损检测方法 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载