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核电站蒸汽发生器传热管的涡流检查

无损检测NDT2018-06-20 20:03:30

核电站反应堆冷却剂系统利用主泵驱使一回路冷却剂循环流动,将堆芯核燃料裂变产生的热量带出堆外,然后通过蒸汽发生器内的传热管将该热量传导给二次侧的二回路水,从而产生蒸汽推动汽轮机的旋转。蒸汽发生器传热管也就成了核电站一回路系统与二回路系统结合的压力边界,一旦有任何破损,一回路系统内的放射性物质将直接进入到二回路系统中,造成放射性物质的扩散。因此,对蒸汽发生器传热管进行周期性检查以确保其完整性,具有非常重要的意义。


在运行过程中,传热管由于受高温、高压、流体振动和介质作用等因素的影响,容易在胀管过渡区、小弯管区和凹痕等几何尺寸变化部位产生应力腐蚀裂纹;另外,由于二次侧悬浮固体或液体颗粒接触撞击管壁而产生传热管材料缺失;在泥渣沉积区域,由于传热管二次侧固体磷酸盐的化学作用而产生的壁厚减薄;由于传热管的振动可能造成其与支撑板或防振条的摩擦,管壁出现局部磨损等缺陷。涡流检查的目的是,发现传热管管壁的降质,并对缺陷进行定性和定量。

对蒸汽发生器传热管实施涡流检查是目前全世界核电行业公认的最有效的检查方法,也正因为蒸汽发生器在核电站中的重要地位,涡流检查技术得到了更深入的应用。

早在20世纪80年代,由于受到涡流技术发展的制约,当时所采用的主要是单频涡流检查技术,检查的主要对象局限在直管段,而对弯管区、支撑板位置区以及管板部位胀管区缺陷的探测能力相当有限。20世纪90年代,多频、混频涡流技术及涡流仪的出现解决了此前单频涡流技术固有的不足。尤其是新研发的旋转探头技术,不仅解决了管板胀管部位细小裂纹缺陷的探测问题,同时还可利用旋转探头对位于传热管其他部位的由常规探头发现的可疑信号显示进行进一步的复查和确认。与此同时,数字化技术及电脑技术在涡流检查领域的运用,大幅降低了涡流检查人员对涡流信号分析的劳动强度和人为因素的影响,提高了分析的可靠性。21世纪初,阵列探头涡流检查技术的运用是传热管涡流检查领域的革命性变革,其既有常规探头的检查速度,又有旋转探头的检查能力,对单根传热管采用阵列探头只进行一次数据采集即可实现此前的两类探头多目的的多次采集功能。阵列探头涡流检查技术具有检验效率更高,缺陷探测能力更强,可靠性更高的优点。但由于阵列探头目前的造价较高,相比Bobbin探头和旋转探头的搭配使用,其性价比偏低,因此目前工程应用相对较少。

涡流检查系统的小型化、轻量化和智能化同样是伴随检查技术发展的一个必然方向。核电站核岛内固有的放射性工作环境和有限的设备布置空间,也使得设备向运输便捷化、装拆简易化方向发展,以大幅降低检查人员的工作强度以及减少其在放射性环境里停留的时间。涡流检查是自动化程度相对较高的检验工作,要采用专用的涡流检查系统来实施。技术发展到今天,检测系统多采用如下图所示的组合方式,主要包括:

涡流检查系统

1

探头定位器:放置于蒸汽发生器水室内,用于实现对探头的定位。

2

探头推拔器:用于实现将探头送入被测管中,并将其回拉以采集涡流信号,并保持恒定推拉速度。

3

涡流仪:用于实现在不同工作模式下同步产生涡流信号,以不同的频率激励检测探头,并且可以选取采样率和其他影响检测的参数。

4

检测探头:在被检测管中激励产生涡流,并获取管的涡流信号。

5

采集&分析和数据管理软件:记录采集到的每根管子的数据,并对数据进行标识,再对信号实施手动或自动分析,同时可进行历史数据的比对和历史检验结果的比对,实时查询检查进度和分析结果,生成结果报告。

6

必要的视频与通讯系统:用于实现检验设备工作状态和工作环境的实时跟踪确认及核岛内外人员的通讯。

目前,对蒸汽发生器传热管进行涡流检查采用自动化的检查系统搭载内穿过式探头即Bobbin探头和旋转探头实施检查。Bobbin探头主要用于传热管常规全管检查,以发现并测量管壁的裂纹类缺陷、体积型缺陷及泥渣沉积、凹陷显示及胀管区轮廓曲线测量等。旋转探头主要用于传热管特定区域( 如管板胀管过渡区,弯管区) 的检查及Bobbin探头发现的可疑信号的辅助确认,可提供信号显示形态的相关信息以实现对信号的定性。

作者:陈怀东,黄春明,周立鹏(中广核检测技术有限公司)

来源:2017中国无损检测年度报告