CPR1000核島主設備建造的無損檢測與役前檢查

張 進，唐 亮，董義令，吳偉幫

(中廣核工程有限公司，深圳 518124)

為保證核電站安全可靠地運行，需在核島主設備建造階段采用合適的無損檢測技術對設備進行檢測，及時發現可能影響設備質量的缺陷，保證設備性能滿足設計要求。同時，需在核電站運行階段，采用通過能力驗證的無損檢測技術對核島主設備的重要部位進行役前檢查(PSI)和在役檢查(ISI)，監督設備運行狀態以確保其在電站壽期內能正常執行其功能。

中國改進型百萬千瓦級(1 000 MW)三環路壓水堆核電技術方案CPR1000核島主設備主要包括反應堆壓力容器(RPV)、蒸汽發生器(SG)、穩壓器(PZR)和主管道(MCL)等，其建造無損檢測技術標準執行RCC-M(2000版+2002補遺)，役前檢查技術標準執行RSE-M(1997版+2000補遺)，兩個規范的檢查目的和適用階段均不同，檢查要求存在差異。役前檢查采用與在役檢查相同的檢測設備和技術方法，役前檢查結果作為此后在役檢查的“零點”。在國內工業實踐過程中，役前檢查還包括對設備建造質量進行復核確認的要求，目前慣用的做法是直接采用建造階段的驗收標準驗收役前檢查數據。由于役前檢查在檢測設備、技術方法及技術標準等方面與建造階段的無損檢測存在不同，所以制造安裝階段驗收合格的缺陷在役前檢查階段出現評價超標的工程問題時有發生[1]。每一例工程問題的處理均受到監管部門和行業內的高度關注，均耗費了大量的人力和物力，甚至制約了工程節點的按期實現。因此，筆者開展了核島主設備無損檢測技術標準的研究，制定了工程可行的解決方案。

1 方法分析

通過對比核島主設備超聲檢測、射線檢測等檢測方法的關鍵技術指標，系統全面地分析了核島主設備建造階段的無損檢測與役前檢查差異，并將主要差異內容歸類為以下3種情況。

(1) 有差異,無影響。建造階段無損檢測與役前檢查要求存在差異，但建造階段無損檢測要求可覆蓋役前檢查要求，不會有建造無損檢測與役前檢查檢測結果不一致的情況發生。

(2) 有差異,不具備可比性。建造無損檢測與役前檢查要求存在差異，但建造無損檢測與役前檢查檢測的目的和關注點均不相同，檢測方法或內容也不一致，技術上不具備可比性。

(3) 有差異,可能有影響。建造無損檢測與役前檢查要求存在差異，且可能會導致建造無損檢測與役前檢查檢測結果不一致的情況，需針對差異項，制定解決方案。

2 差異梳理及差異項分析

2.1 差異梳理

通過對比標準規范[2]、設計文件、建造無損檢測程序和役前檢查程序中關于建造無損檢測與役前檢查的要求，對RPV、SG、PZR和MCL等核島主設備的“有差異、可能有影響”差異項進行了梳理，梳理結果如表14所示。SG管板一、二次側環焊縫及R區超聲檢測區域如圖1所示，PZR下封頭與筒體焊縫超聲檢測區域如圖2所示，SG接管安全端與主管道焊縫射線透照如圖3所示。

表1 RPV主要差異項

表2 SG主要差異項

表3 PZR主要差異項

表4 MCL主要差異項

圖1 SG管板一、二次側環焊縫及R區超聲檢測區域示意

圖2 PZR下封頭與筒體焊縫超聲檢測區域示意

圖3 SG接管安全端與主管道焊縫射線透照示意

2.2 差異項分析

(1) 檢測范圍：由于母材與焊縫的檢測與驗收要求不同，役前檢查階段的焊縫檢測范圍擴大后，建造階段按母材標準驗收合格的缺陷在役前檢查階段按焊縫驗收標準被評定為不合格。

(2) 記錄水平：役前檢查階段記錄水平要求較高，其目的是記錄盡可能多的缺陷，便于在役期間跟蹤比較缺陷的相對變化；但在缺陷評定時，如將這類顯示參與累計，將可能導致顯示長度超標。

(3) 顯示尺寸測量方法：役前和在役檢查階段采用噪聲法，主要關注缺陷尺寸的相對變化；而建造階段規定的最大回波衰減6 dB法(-6 dB法)的主要關注點是設備建造質量。由于兩者使用的測長方法不同，有可能導致尺寸符合建造階段驗收標準要求的缺陷，在役前檢查階段被評定為長度超標。-6 dB法與噪聲法缺陷測量尺寸差異如圖4所示。

圖4 -6 dB法與噪聲法缺陷測量尺寸差異

(4) 相鄰缺陷累計：由于建造與役前檢查階段的顯示尺寸測量方法不一致，采用噪聲法測量的單個缺陷顯示的長度大于-6 dB法測量的，導致役前檢查階段可能出現單個缺陷顯示長度增加、相鄰缺陷顯示間距變小的情況，進而滿足累計規則導致長度超標。另外，役前檢查階段記錄的靈敏度高于建造階段的，記錄了一些當量幅值較低的顯示，這些缺陷如參與累計也可能會導致長度超標。-6 dB法與噪聲法對缺陷累計的影響比較如圖5所示。

圖5 -6 dB法與噪聲法對缺陷累計的影響比較

(5) 記錄靈敏度及驗收標準：RSE-M規范并未規定役前檢查驗收標準。綜合考慮建造與役前檢查階段的檢測范圍、顯示尺寸測量方法、累計規則和檢測靈敏度等差異的影響，如役前檢查階段噪聲法采集的數據按RCC-M規范驗收標準評定，可能出現制造階段檢測合格，而在役前檢查階段評定超標的情況。

(6) 射線源及增感屏：役前檢查采用的Ir192及鉛增感屏的成像質量要優于建造階段采用的Co60及不銹鋼增感屏的，對缺陷的細節能夠更好地顯示，可能會出現建造階段評定合格的缺陷，在役前檢查階段評定為不合格。

(7) 射線透照角度：射線透照角度對面狀缺陷的檢出存在影響，對于SG接管安全端與主管道焊縫，役前檢查階段相對于建造階段增加了偏移中心透照，可能會檢出建造階段未檢出的缺陷。

3 典型案例分析

某CPR1000核電站反應堆壓力容器的役前檢查階段進行超聲檢測時，標號為H3的出口接管與法蘭接管段筒體焊接接頭發現一處“超標”缺陷顯示，缺陷性質為體積型，反射波幅為φ2 mm-2.3 dB，長度約為66.6 mm，不滿足RCC-M S7714.4驗收標準規定的60 mm驗收限值。該焊接接頭制造階段在進行中間消除應力熱處理后,最終消除應力熱處理后和工廠水壓試驗后，采用手動方法從容器內、外壁以及接管內壁沿垂直于和平行于焊縫方向進行掃查，檢測結果均為合格。同時，制造單位按照RCC-M規范及設計文件的要求對該處缺陷顯示進行了超聲檢測復核，復核結果表明該缺陷滿足RCC-M規范及設計要求。制造階段要求記錄反射波幅達到φ2 mm-6 dB的缺陷顯示，尺寸測量采用-6 dB法。而PSI階段僅采用自動檢查設備對出口接管內壁垂直于焊接接頭進行掃查，PSI階段要求記錄反射波幅達到φ2 mm-12 dB的缺陷顯示，對反射波幅達到φ2 mm-6 dB的缺陷顯示要求進行尺寸測量，尺寸測量采用“噪聲法”。

通過分析，可以看出上述焊接接頭在PSI階段與制造階段的超聲檢測結果不一致，這是因為PSI階段與制造階段缺陷顯示的尺寸測量方法及累計要求不同：制造廠采用RCC-M規范規定的顯示尺寸測量方法和累計要求，即“-6 dB法”。另外，只有達到RCC-M規定的記錄閾值的單個缺陷顯示參與累計；PSI則采用更加保守的尺寸測量方法和累計要求，即“噪聲法”和所有可識別的缺陷顯示均參與累計。

RCC-M規范完整規定了缺陷顯示的記錄閾值、尺寸測量方法、鄰近缺陷顯示的累計要求和驗收標準；而RSE-M規范雖然規定了缺陷顯示的記錄閾值，以及需進行缺陷顯示尺寸測量的測量閾值及測量方法，但并未給出役前檢查缺陷顯示的驗收標準，因此對役前檢查缺陷顯示進行驗收評價應采用RCC-M規范。同時，采用RCC-M規范規定的驗收標準時，應配套采用RCC-M規范規定的尺寸測量方法。

因此，按照RCC-M規范(2000版+2002年補遺)及原設計要求的規定對該缺陷顯示進行了評定，最終評定結果為合格，檢測單位采用噪聲法獲得的缺陷顯示測量數據可作為在役檢查的“零點”使用。該分析結論得到設計院、制造廠、役前檢查單位、業主和國家核安全局以及國內同行專家的一致認可[3]。

4 技術改進方案

4.1 建造補充檢測

基于RCC-M規范和制造安裝單位的實施條件，參考RSE-M規范和役前檢查要求，在合理可行的前提下改進制造或安裝檢測要求，在設備制造和安裝過程中建議采取以下改進措施加強質量控制。

(1) RPV、SG、PRZ本體環焊縫超聲檢測：① 記錄水平調整為≥φ2 mm-12 dB，對異種金屬焊縫，可在保證信噪比滿足要求的前提下，盡可能提高記錄靈敏度，但不能低于φ2 mm-6 dB；② 檢測中發現的缺陷，應采用不同角度探頭(35°70°)，在所有可能的檢查表面對其進行補充檢測，并以最嚴重的檢測結果作為缺陷的最終評定依據。

(2) RPV、SG進出口安全端異種金屬焊縫射線檢測通用要求為：Co60 射線源檢測出缺陷時，采用Ir192射線源進行補充檢測。

(3) SG、PRZ和MCL的其他補充檢測方案見表5。

表5 SG、PRZ和MCL的其他補充檢測方案

4.2 役前檢查顯示評定優化

PSI用于建立后續ISI的“零點”，檢測結果作為后續ISI的參考，不同于建造階段的無損檢測。PSI采用與ISI相同的技術方法，部分檢查項目采用了不同于建造階段的無損檢測方法和檢測靈敏度，該類檢查項目的檢查結果僅應作為后續ISI的參考。

役前檢查顯示評定優化建議如下所述。

(1) 超聲檢測：缺陷評定時，需采用RCC-M規范所配套的缺陷測量方法和累計規則，即采用最高回波衰減6 dB法測得的顯示尺寸數據；同時,由于焊縫、母材和堆焊層各自的驗收標準均存在差異，顯示評定時應進行分區評定，即焊縫、母材、堆焊層分別按各自的驗收標準進行評定。

(2) 射線檢測：鑄件焊縫鄰近區域的缺陷，如經證實該缺陷屬焊接前的鑄造缺陷且未受焊接操作的影響，即該母材鑄造缺陷在焊接前后無變化，則該焊縫臨近區域的母材鑄造缺陷應按照原材料采購標準進行評定。

5 結語

對于役前檢查缺陷的評定，在建造階段同樣開展的且與役前檢查階段檢查要求相當的檢測項目，按原設計要求執行，確保役前檢查缺陷評價標準與建造階段要求保持一致；對于建造階段不開展的且役前檢查階段無法按照建造階段要求進行復核的檢測項目，重點關注的是服役期間新產生的缺陷，其驗收標準制定為不允許存在該類型缺陷。特殊地，對于役前檢查階段所發現的“疑似超標缺陷”，如有可能，應與建造階段的檢測結果進行對比和分析，并采用建造階段的要求(RCC-M 規范)進行復驗，如滿足建造階段要求，則應判定該缺陷合格。