蒸汽發生器傳熱管防振條的渦流信號

孔玉瑩,陸　吉,馬　強

(中廣核檢測技術有限公司， 蘇州 215021)

?

蒸汽發生器傳熱管防振條的渦流信號

孔玉瑩,陸吉,馬強

(中廣核檢測技術有限公司， 蘇州 215021)

摘要：蒸汽發生器U型傳熱管在彎管段設有防振條，用于支撐管束并避免不可接受的流致振動或微振動引發的磨損。介紹了55/19B型蒸汽發生器傳熱管防振條易出現的偏移、錯位、扭轉等問題，并針對這些問題，利用渦流檢測方法對相應的防振條信號進行分析，并得出各渦流信號的特點。結果表明，通過渦流檢測方法，可檢測出蒸汽發生器傳熱管防振條的偏移、錯位、扭轉。

關鍵詞：防振條;偏移;錯位;扭轉

CPR1000機組蒸汽發生器(55/19B型)傳熱管為一回路壓力邊界，在彎管區設置了三組對稱放置的防振條組件，包含防振條、抗振環、保持條和防振條短節，以支撐彎管區的傳熱管，增加彎管區傳熱管剛度，提高傳熱管固有頻率，以限制在正常運行工況下傳熱管束流致振動以及振動引起的不可接受的微振磨損，保證傳熱管壓力邊界在壽期內的完整性[1-3]。

役前及在役檢查期間，ASME及RSEM規范均要求對蒸汽發生器傳熱管進行渦流檢測。由于渦流的透入深度[4]，對外部支撐結構如支撐板、分流板及防振條等的信號在低頻通道上均有明顯的響應。針對55/19B型蒸汽發生器傳熱管防振條出現的偏移、錯位、扭轉等問題，筆者采用西班牙TECNATOM公司生產的TEDDY+渦流儀和T-PU2推拔器，利用低頻通道上渦流探頭對防振條的響應，對渦流檢驗中涉及的防振條渦流信號進行分析。

1防振條偏移

圖1　CPR1000機組防振條分布示意

CPR1000機組蒸汽發生器傳熱管U型彎管段，采用3組對稱放置的V型防振條提供支撐以防止其出現振動，標識號從靠近熱側第9塊支撐板起分別為AV1、AV2、AV3、AV4、AV5、AV6(見圖1)，設計上要求防振條的對稱度為20 mm,并在運行過程中保持穩定。正常情況下，三組防振條對稱分布，每組防振條與相應第九支撐結構的距離應一致，即09H-AV1與09C-AV6(第一組)、09H-AV2與09C-AV5(第二組)、09H-AV3與09C-AV4(第三組)的弧長距離應一致。由于55/19B型蒸汽發生器防振條組件自身的結構特點,及傳熱管與防振條之間的間隙距離過大或其他原因，整組防振條往冷側或熱側發生移動，從而使上述支撐結構之間的距離不一致，即為防振條發生偏移(見圖1)。

由于低頻通道上渦流信號對防振條有明顯的響應，渦流信號長條圖上兩個支撐結構之間的距離即為實際傳熱管上兩支撐結構件的弧長距離，因此可利用渦流信號判定防振條是否發生偏移。圖2為55/19B型蒸汽發生器傳熱管彎管區的BOBBIN(繞軸式)探頭檢測信號示例。從信號上可看出，圖2(a)中三組防振條與相應第九支撐結構的距離一致，即防振條未發生偏移；圖2(b)中AV2AV3之間的弧長距離明顯大于AV4AV5之間的弧長距離。結合圖1中的防振條分布圖，可判定第三組防振條往冷側發生偏移。由于防振條發生的偏移具有整體性，因此實際檢查中，應核實該組防振條影響到的傳熱管，若所有傳熱管均有偏移信號，即可確認為防振條發生了整體偏移。

圖2　傳熱管彎管區防振條BOBBIN探頭檢測信號示例

利用渦流BOBBIN信號計算偏移距離，可采用公式弧長距離=采樣點數 / 數字化速率進行。其中兩支撐結構間的采樣點數可通過BOBBIN數據讀出。而對于數字化速率，可采用彎管段理論弧長與實際采樣點數計算得出；但由于不同管排之間的傳熱管曲率半徑不同、傳熱管內壁烘干狀態不同、檢查時使用不同長度的導管等原因，渦流探頭在彎管區存在一定的阻力，導致回拉速度會有一定程度的不均勻，即不同的傳熱管其數字化速率不同，同一根傳熱管不同區域的數字化速率也不同，因此該方法計算的弧長結果存在一定的誤差。

2防振條錯位

對于同一根傳熱管，正常情況下上下兩根防振條應位于同一軸向位置。當防振條下插深度不一致或其他原因導致上述兩根防振條出現軸向位置差的現象，即為防振條發生錯位。

圖3　試驗用設備、樣管與探頭

圖4　防振條設計圖及錯位試驗擺放示意

為分析渦流探頭對防振條錯位信號的影響，在傳熱管彎管處上下各放置一段與CPR1000機組相同的防振條，位置無錯位(錯位0 mm)至完全錯位即11 mm(見圖3，4)，分別采用BOBBIN探頭和MRPC(旋轉)探頭進行試驗，分析兩種探頭的信號特征及檢測靈敏度。圖5為采用BOBBIN探頭進行錯位試驗得到的渦流信號。結果表明，未發生錯位時，由于BOBBIN探頭信號綜合反映同一周向信息，因此上下兩段防振條在BOBBIN探頭上為混合信號，無法獨立顯示兩根防振條的信號。當上下兩段防振條錯位至一定距離時，BOBBIN探頭可分別檢測到上下兩段防振條的信號，即對錯位信號有響應。在檢查靈敏度方面，當錯位6 mm時，BOBBIN探頭可在低頻通道上觀察到錯位信號。

圖5　采用BOBBIN探頭進行錯位試驗得到的渦流信號

圖6　采用MRPC探頭進行錯位試驗得到的渦流信號

圖6為采用MRPC探頭進行錯位試驗得到的渦流信號。結果表明，由于MRPC探頭在檢查時為螺旋式運動，因此能很好地反映周向信息；未發生錯位時，在三維圖上即可獨立顯示上下兩段防振條信號。當錯位2 mm時，可在低頻通道上觀察到兩段防振條處于不同的軸向位置，檢測靈敏度高于BOBBIN探頭。

圖8　不同探頭檢測防振條扭轉的渦流信號

3防振條扭轉

正常情況下，傳熱管與防振條之間的間隙距離是一定的。如若傳熱管與防振條的間隙距離過大或存在其他原因時，可能導致防振條發生扭轉，即產生傳熱管與防振條之間的間隙距離不等(見圖7)的情況。

圖7　防振條扭轉示意及實物擺放

為分析渦流探頭對防振條錯位信號的影響，在傳熱管彎管處上下各放置一段與CPR1000機組相同的防振條，A側與傳熱管水平接觸，B側與傳熱管呈一定扭轉角(見圖7)，分別采用BOBBIN探頭和MRPC探頭進行試驗以分析其信號的特征。

圖8分別為BOBBIN探頭和MRPC探頭扭轉試驗的渦流信號。結果表明，對于BOBBIN探頭，由于反應的是周向綜合信息，從相位角和電壓幅值兩個參數中無法判斷防振條是否發生扭轉；而MRPC探頭則能顯示防振條的三維信息，可以清楚地分辨兩側防振條是否發生扭轉。傳熱管與防振條之間的間隙距離與渦流信號電壓幅值間呈單調下降關系。當防振條發生一定程度扭轉時，由于一側防振條與傳熱管間隙距離變大，相應的電壓幅值將減小，三維圖軸向方向顯示出同一段防振條電壓幅值呈遞增(減)的趨勢。

4結論

蒸汽發生器傳熱管防振條發生偏移、錯位和扭轉進，可通過渦流檢查方法檢測。對于防振條偏移，由于其具有整體性，實際檢查中，應核實該組防振條影響到的傳熱管。對于偏移距離，則可通過獲取采樣點和數字化率進行初步計算。對于防振條錯位，采用BOBBIN和MRPC探頭均可檢測發現，但MRPC探頭的檢測靈敏度較BOBBIN探頭高。對于防振條扭轉，僅可通過MRPC探頭進行檢測就可發現，后續將進一步研究電壓幅值與扭轉角度之間的關系。

目前制造廠尚未要求對防振條的位置進行檢查，建議后續在出廠前增加以渦流檢測為主的防振條位置檢查流程。當檢查發現防振條有問題時，可及時制定相應的維修方案或預防性維修計劃，確保蒸汽發生器的安全持續運行。

參考文獻：

[1]丁訓慎.蒸汽發生器傳熱管的微振磨損及其防護[J].核安全,2006(3):27-32.

[2]劉敏珊,王素珍,董其伍.防振條對蒸汽發生器U形管動態特性影響研究[J].鄭州大學學報,2008,29(2):48-51.

[3]李躍忠,韓良弼,王柏松.蒸汽發生器管束的固有振動分析[J].原子能科學技術,2008,42(增刊):458-462.

[4]《國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材》編審委員會編.渦流檢測[M].北京：機械工業出版社，2004：23-25.

Eddy Current Signal on Anti-vibration Bars of Steam Generator Tubes

KONG Yu-ying, LU Ji, MA Qiang

(CGNPC Inspection Technology Co., Ltd., Suzhou 215021, China)

Abstract：U type of steam generator heat transfer tube in a bend pipe is provided with an anti-vibration strip and tube bundle support for avoiding unacceptable flow induced vibration or micro vibration caused by wear and tear. The 55/19B type steam generator heat transfer tube of anti-vibration bars appears to induce offset and dislocation torsion problem. In order to solve these problems, eddy current testing method was used to analyze the corresponding anti-vibration signal and the characteristics of the eddy current signal were obtained. Results show that, the eddy current testing method can detect the offset of steam generator tube of anti-vibration bars, the dislocation and the torsion.

Key words:Anti-vibration bar; Offset; Dislocation; Torsion

中圖分類號：TG115.28

文獻標志碼：A

文章編號：1000-6656(2016)04-0015-03

DOI:10.11973/wsjc201604004

作者簡介：孔玉瑩(1984-)，女，工程師，主要從事核電站渦流檢測與研發工作。通信作者：孔玉瑩，E-mail: kongyuying@cgnpc.com.cn。

收稿日期：2015-09-17