核電蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢測常見信號分析

肖鎮(zhèn)官+袁驪+王家建

【摘 要】核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管是一、二回路介質(zhì)的交界面，核安全的重要性顯而易見。目前，國內(nèi)外對蒸汽發(fā)生器傳熱管最有效的無損檢測方法是渦流檢測。本文主要對實(shí)施渦流檢測時常見信號進(jìn)行分析，為一名合格渦流分析人員提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】蒸汽發(fā)生器；渦流檢測；信號；分析

中圖分類號： TG115.28 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）35-0001-004

Common signal analysis of eddy current inspection for the nuclear steam generator tube

XIAO Zhen-guan YUAN Li WANG Jia-jian

（Research Institute of Nuclear Power Operation Technology，Wuhan 430223，China）

【Abstract】The steam generator tube in the nuclear power station is the interface of the one or two loop medium， and the importance of nuclear safety is obvious. At present， the most effective nondestructive inspection for the steam generator tube at home and abroad is the eddy current inspection. This paper mainly analyzes the common signals in the eddy current inspection， and provides a reference for a qualified eddy current analyst.

【Key words】Steam generator； Eddy current inspection； Signal； Analysis

1 蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡介

蒸汽發(fā)生器是核電站中的重要設(shè)備，承擔(dān)著一次側(cè)與二次側(cè)的熱交換任務(wù)，也是防止核泄漏的第二道屏障，同時蒸汽發(fā)生器傳熱管的換熱面積占一回路壓力邊界總面積的80%以上，其安全重要性不言而喻。

國內(nèi)外蒸汽發(fā)生器傳熱管的材料主要使用奧氏體不銹鋼和鎳基合金兩種材料。以前有些核電站主要使用奧氏體不銹鋼制作蒸汽發(fā)生器傳熱管，但該材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的幾率較高。上世紀(jì)60年代美國采用Inconle-600（Cr15Ni74Fe）、80年代采用Inconle-690（Cr30Ni60）、德國采用Inconle-800（Cr20Ni32Fe）制造蒸汽發(fā)生器傳熱管。表1介紹了國內(nèi)核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管相關(guān)參數(shù)。

2 蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢測常見信號

2.1 結(jié)構(gòu)信號

一般采用軸繞式渦流探頭（以下簡稱Bobbin探頭）通過傳熱管內(nèi)部對蒸汽發(fā)生器傳熱管進(jìn)實(shí)施全管的渦流檢測。當(dāng)Bobbin探頭通過傳熱管時，渦流信號上會顯示出傳熱管接觸的外部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)信號。對蒸汽發(fā)生器傳熱管實(shí)施渦流數(shù)據(jù)分析，首先應(yīng)該學(xué)會如何識別結(jié)構(gòu)信號。能夠被渦流探頭探測到的蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)主要包含：管板（TTS）、分流板（FB）、支撐板（TSP）、防振條（AVB）。由于結(jié)構(gòu)均位于傳熱管外側(cè)，需要使用低檢測頻率（通常使用50KHz頻率）進(jìn)行識別，圖1為不同結(jié)構(gòu)的渦流信號顯示示意圖。在進(jìn)行渦流檢測時，可根據(jù)傳熱管結(jié)構(gòu)的信號特征，結(jié)合采集的速度和結(jié)構(gòu)間距，使用渦流分析軟件對整根傳熱管自動定位。

2.2 出廠檢查常見信號

根據(jù)相關(guān)要求蒸汽發(fā)生器傳熱管出廠前需進(jìn)行100%全管渦流檢測，在此檢測階段，發(fā)現(xiàn)的渦流顯示均為傳熱管加工或裝配過程中產(chǎn)生的，常見缺陷有：磁導(dǎo)率變化（PVN）、皮爾格漂移（PDS）、加工打磨痕跡（MBM）、凹痕（DNT）、腫脹（BLG）、內(nèi)壁附作物（IFM）、凹坑（ID）。

磁導(dǎo)率變化（PVN）：由于原材料、加工熱處理等原因，傳熱管會出現(xiàn)局部的磁導(dǎo)率變化PVN，但材料的機(jī)械性能并未因此而下降。PVN信號的幅值一般較大，相位呈內(nèi)傷趨勢，李沙育圖的“8”字形比較尖銳，也可使用磁飽和探頭進(jìn)行復(fù)查/驗(yàn)證。圖2為典型磁導(dǎo)率變化（PVN）信號。

皮爾格漂移（PDS）：在傳熱管制管過程中皮爾格無縫鋼管軋機(jī)產(chǎn)生的工藝信號，PDS信號一般使用中頻的絕對通道可以很明顯的識別出來，圖3為典型的PDS信號。

加工打磨痕跡（MBM）：在傳熱管制造期間的最后成品階段，如果目視檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)傳熱管表面有小缺陷、劃痕或小凹坑，不符合驗(yàn)收的要求時，一般會對其外面進(jìn)行修磨處理。在蒸汽發(fā)生器制造安裝過程中的插管安裝階段，由于安裝過程的不順利，也可能導(dǎo)致傳熱管與支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微的刮擦。例如此類的打磨痕跡或刮擦痕跡，在渦流檢測時會產(chǎn)生的信號，稱為加工打磨痕跡（MBM）。MBM信號通常使用低頻絕對通道進(jìn)行掃查和記錄，圖4為典型的MBM信號。

凹痕（DNT）：在傳熱管制造和安裝過程中的發(fā)生碰撞，導(dǎo)致傳熱管出現(xiàn)由外向里的凹痕，這類凹痕一般不會出現(xiàn)壁厚損失量。DNT信號一般使用主檢測頻率識別，其相位角一般為180°左右，圖5為典型的DNT信號。

腫脹（BLG）：BLG信號通常發(fā)生在傳熱管脹管區(qū)域，是由于管板鉆孔時產(chǎn)生加工誤差，使管板上的孔徑發(fā)生局部變化，脹管時造成傳熱管向外凸出的現(xiàn)象，腫脹（BLG）一般不會出現(xiàn)壁厚損失量。對于管板內(nèi)的腫脹（BLG）需要使用混頻通道進(jìn)行識別，圖6為典型的BLG信號。endprint

內(nèi)壁附作物（IFM）：具有電磁特性的內(nèi)壁附著物能夠影響探頭的電磁信號，分為松散內(nèi)壁附著物和固定內(nèi)壁附著物。部分內(nèi)壁附著物通過特定的方法可以清除掉，隨著Bobbin探頭的反復(fù)采集和磨蹭，該信號的幅值可能會減小或消失，圖7為典型的IFM信號。

凹坑（ID）：在傳熱管軋制過程中，某些硬性雜質(zhì)混入軋機(jī)的潤滑油中，導(dǎo)致軋制過程中傳熱管內(nèi)壁出現(xiàn)凹坑（ID），該凹坑信號的相位角是符合內(nèi)壁缺陷變化規(guī)律，圖8為典型的ID信號。

2.3 常見干擾信號

在進(jìn)行蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢測時，有時還會碰到由于其它外部因素干擾產(chǎn)生一些渦流信號，這些干擾信號必定會影響渦流檢測缺陷判別。圖9為渦流檢測過程中常碰到的本底噪聲信號，該信號一般是由于傳熱管加工工藝過程控制不當(dāng)造成的。

圖10為電噪聲干擾信號，引起該信號的原因可能是：電壓不穩(wěn)定；探頭損壞；延長電纜損壞；滑刷損壞；其它大型設(shè)備運(yùn)行干擾。

2.4 在役檢查常見信號

蒸汽發(fā)生器運(yùn)行期間可能由于化學(xué)或機(jī)械等機(jī)理造成傳熱管的降至，主要包括壁厚減薄（Thinning）、點(diǎn)蝕（Pitting）、二次側(cè)晶間腐蝕或應(yīng)力腐蝕裂紋（IGA/SCC）、一次側(cè)應(yīng)力腐蝕（PWSCC）、磨損（Wear）等。

減?。═hinning）：由于可溶性酸性磷酸鹽的局部濃縮使管子發(fā)生均勻腐蝕，一般出現(xiàn)在蒸汽發(fā)生器冷端和熱端的管板上的泥渣沉積區(qū)和管板縫隙內(nèi)，但是也可能出現(xiàn)在冷端外圍傳熱管的一些支撐板和防振條區(qū)。泥渣沉積區(qū)減薄的渦流信號見圖11。

點(diǎn)蝕（Pitting）：由局部電池作用引起的局部腐蝕的一種形式，它既與晶間腐蝕有關(guān)也與應(yīng)力腐蝕有關(guān)。由于二次側(cè)介質(zhì)的流量變化、氯化物的酸蝕、硫離子及銅氧化物影響，在某些材料的傳熱管上（尤其是在泥渣堆積區(qū)）容易產(chǎn)生較小的點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這是一群微小直徑的管壁穿孔性破裂，它常常是應(yīng)力腐蝕等局部腐蝕的先導(dǎo)。點(diǎn)蝕渦流信號見圖12。

二次側(cè)晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕（IGA/SCC）：某些傳熱管材料在腐蝕環(huán)境及殘余應(yīng)力的綜合影響下會發(fā)生晶間應(yīng)力腐蝕。這類缺陷通常與高溫有關(guān)，因此多出現(xiàn)在蒸汽發(fā)生器的熱側(cè)。在管板縫隙、泥渣堆內(nèi)、支撐板處、無支撐區(qū)均可以見到。支撐板處的晶間應(yīng)力腐蝕的渦流信號見圖13。

一次側(cè)應(yīng)力腐蝕（PWSCC）：傳熱管局部受到高殘余應(yīng)力作用時，往往在管段內(nèi)表面產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，主要包括管板的脹管過渡區(qū)、小彎曲半徑彎管段、支撐板接觸處出現(xiàn)凹痕缺陷位置和管板上泥渣堆積處。在某些脹管過渡和凹痕區(qū)里，周向和軸向裂紋都有可能發(fā)生。一次側(cè)的水溫是導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕的主要因素，一般只有在熱側(cè)脹管過渡區(qū)才發(fā)生。另外，氫和化學(xué)污染等環(huán)境因素也會引起應(yīng)力腐蝕。管板上沿脹管區(qū)的一次側(cè)應(yīng)力腐蝕渦流信號見圖14。

磨損（Wear）：磨損是傳熱管在防振條或支撐板的接觸處產(chǎn)生摩擦，管子會出現(xiàn)減薄現(xiàn)象。傳熱管和支撐板孔的切向滑動、局部過渡摩擦將引起傳熱管和支撐板的局部磨損。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，磨損一般發(fā)生在防振條和支撐板的傳熱管位置。另外，流體的橫向流動和順流也會引起傳熱管的振動，并且與防振條的距離、剛度、傳熱管間隙、流速、方向、沉積的泥渣性質(zhì)等因素有關(guān)。防振條處的磨損渦流信號見圖15。

3 國內(nèi)核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢測情況

查閱國內(nèi)已運(yùn)行多年的核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢測報(bào)告，調(diào)研中發(fā)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器傳熱管中常見缺陷有：凹痕、加工打磨、磨損、裂紋，其它相關(guān)信息見表2。

4 結(jié)束語

隨著核電站運(yùn)行時間的增長，蒸汽發(fā)生器受化學(xué)機(jī)理和機(jī)械機(jī)理可能會導(dǎo)致傳熱管降至現(xiàn)象，現(xiàn)有技術(shù)只能用渦流檢測技術(shù)進(jìn)行跟蹤檢測，大量的蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流數(shù)據(jù)必將對分析人員提出更高的要求。了解蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢測常見信號，對渦流分析人員準(zhǔn)確快速分析提供參考依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Steam generator eddy current data analysis performance demonstration review material PDD/QDA Version4.0November 2007.

[2]張加軍，鄭麗馨，等.壓水堆核電廠蒸汽發(fā)生器傳熱管的降至問題，壓力容器，2013.

[3]王冬冬，王華峰，等.蒸汽發(fā)生器傳熱管制造階段渦流檢測缺陷研究，無損探傷，2017.

[4]王元輝，袁驪，等.蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢測能力試驗(yàn)，無損檢測，2014.endprint