超聲技術(shù)和紅外技術(shù)在AP1000 閥門內(nèi)漏檢查的應(yīng)用

陶佳林 呂元亮

三門核電有限公司 浙江臺州 317112

1 概述

電站閥門是否內(nèi)漏，對電站的影響至關(guān)重要，運(yùn)行中一旦出現(xiàn)閥門內(nèi)漏，常常會使得機(jī)組效率下降，嚴(yán)重者甚至?xí)鹜C(jī)事故，因此閥門內(nèi)漏是發(fā)電企業(yè)普遍存在的重大節(jié)能問題，快速檢測并治理閥門內(nèi)漏則是發(fā)電企業(yè)節(jié)能減排的重要舉措。面對國家日益迫切的節(jié)能減排要求，核電企業(yè)在保證核安全的基礎(chǔ)上，也越來越重視機(jī)組的節(jié)能減耗。

2 閥門內(nèi)漏的檢測機(jī)理

2.1 超聲波閥門內(nèi)漏檢測原理

任何材料在外力或內(nèi)里作用下發(fā)生摩擦、裂紋或變形時，會以彈力波的形式釋放處應(yīng)變能量[1]。閥門在關(guān)閉狀態(tài)下，當(dāng)閥門嚴(yán)密性較好，不存在泄漏時，管道中的介質(zhì)（液體或氣體）被閥門隔斷，介質(zhì)無法從高壓區(qū)流向低壓區(qū)；但當(dāng)閥門嚴(yán)密性變差，存在泄漏時，管道中的介質(zhì)（液體或氣體）會通過泄漏點(diǎn)，從高壓區(qū)流到低壓區(qū)，在此過程中泄漏的介質(zhì)會在低壓區(qū)產(chǎn)生紊流[2]。紊流流場使得介質(zhì)內(nèi)部相互摩擦作用產(chǎn)生聲發(fā)射信號，該信號是含有各種頻段成份的聲波，通常紊流產(chǎn)生的噪聲中，超聲波的成份比可聽見的普通聲波成份強(qiáng)烈得多。并且超聲波信號的強(qiáng)度大小與泄漏速率和泄漏量成正比[3]。而超聲波檢測儀可將捕捉到的聲波信號經(jīng)過壓電晶體轉(zhuǎn)換成電信號，因此通過超聲波檢測儀器，將探頭放置在閥門附近的低壓區(qū)管道上，探頭便會很容易得捕捉到其中的超聲波信號，通過換能元件變成電信號后經(jīng)過信號處理在儀器上顯示出來，從而實(shí)現(xiàn)閥門內(nèi)漏的判斷。

2.2 紅外閥門內(nèi)漏檢測原理

通常系統(tǒng)中的管道上的閥門關(guān)閉時，閥門上下游的介質(zhì)存在一定的溫差，正常的閥門往往在閥門上下游會產(chǎn)生均勻的熱梯度[4]，而存在內(nèi)漏的閥門在閥門上下游不均勻的熱梯度，通過紅外熱成像儀測量到閥門上下游的熱梯度，根據(jù)熱梯度的特征實(shí)現(xiàn)閥門內(nèi)漏的判斷。

3 閥門內(nèi)漏檢測應(yīng)用

BDS 系統(tǒng)閥門內(nèi)漏檢查。BDS 系統(tǒng)（蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)）主要功能是從蒸汽發(fā)生器中出去沉積物以及對蒸發(fā)器進(jìn)行疏水。2019 年某月，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)BDS 系統(tǒng)中SG 排污熱交換器B 管側(cè)閥門（V030B）下游管道開口處存在目視可見的泄漏（約3 秒一滴），同時發(fā)現(xiàn)V023B/025B/027B 下游管道開口處存在泄漏，但是由于上游同時存在3 個閥門，傳統(tǒng)方法無法準(zhǔn)確定位泄漏閥門位置[5]。

由于該系統(tǒng)閥門上下游存在明顯的溫差，所以本次采用紅外測量優(yōu)先，超聲檢測輔助的檢漏策略，對閥門進(jìn)行紅外熱圖采集（如圖1 左），采集結(jié)果如下：

經(jīng)修正測量，三臺閥門上下游管道溫度數(shù)據(jù)如表1：

表1 閥門上下游溫度表

圖1 閥門紅外修正圖

1-BDS-V023B 閥門下游管道溫度接近環(huán)境溫度，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏特征熱信息。

1-BDS-V025B 閥門上下游管道溫度均高于環(huán)境溫度，且溫差較小。調(diào)整著色板后（圖1 中）未在下游管道發(fā)現(xiàn)明顯的熱梯度帶，表明管道內(nèi)有持續(xù)的熱源，金屬熱傳導(dǎo)不是管道傳熱主要形式，符合內(nèi)漏特征熱信息。由于管道與環(huán)境的溫差較小（6℃），所以懷疑該閥門存在輕微內(nèi)漏。

1-BDS-V027B 閥門上下游管道溫度均高于環(huán)境溫度，調(diào)整著色板后（圖1 右）未在下游管道發(fā)現(xiàn)明顯的熱梯度帶，表明管道內(nèi)有持續(xù)的熱源，金屬熱傳導(dǎo)不是管道傳熱主要形式，符合內(nèi)漏特征熱信息。由于管道與環(huán)境的溫差較大（76℃），所以該閥門存在內(nèi)漏，且泄漏量較大。

超聲波檢測方法：每個閥門（增加對比閥門V0019B/V024B/V026B）上下游分別選取等距離的兩個測點(diǎn)，從上到下依次為A、B、C、D 點(diǎn)，各閥門超聲檢測數(shù)據(jù)見表2：

表2 BDS 超聲波強(qiáng)度測量表

從超聲波強(qiáng)度來看，閥門V024B/V025B/V027B 上下游強(qiáng)度均符合C 點(diǎn)大于B 點(diǎn)，C 點(diǎn)大于D 點(diǎn)的典型泄漏情況，其中V027B強(qiáng)度最大，V025B 強(qiáng)度次之，V024B 強(qiáng)度最小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)V024B超聲波強(qiáng)度值低于5dB，故認(rèn)為泄漏量符合要求。

從頻譜圖和時域圖來看，相比于V025A 無泄漏閥門的頻譜圖和時域圖，V027B 和V025B 的時域波形離散，波動大，以及頻譜圖中各頻段能量大于其他閥門，因此判斷V027B 和V025B 閥門存在泄漏的概率較大，從超聲波強(qiáng)度來看，V027B 閥門泄漏率大于V025B 閥門泄漏率。

綜合紅外診斷與超聲檢測分析，V027B 存在內(nèi)漏，泄漏量較大；V025B 存在內(nèi)漏，泄漏量較小，最后通過解體檢查，發(fā)現(xiàn)V027B閥門確實(shí)存在泄漏。

圖2 V025A 和V025B 頻譜圖和時域圖

圖3 V025B 和V027B 頻譜圖和時域圖

4 結(jié)語

超聲技術(shù)和紅外技術(shù)等技術(shù)在AP1000 機(jī)組閥門內(nèi)漏的應(yīng)用，為閥門內(nèi)漏檢查提供了一種高效、便捷的新方法。特別是對于系統(tǒng)中存在多個并列布置無法單獨(dú)隔離的閥門，傳統(tǒng)方法無法準(zhǔn)確定位，全部解體又導(dǎo)致過度維修的問題解決有重要意義。