蒸汽發(fā)生器傳熱管與防振條間隙的渦流檢測

孔玉瑩，李金強，馬　強，貝雅耀

(中廣核檢測技術有限公司， 蘇州 215021)

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蒸汽發(fā)生器傳熱管與防振條間隙的渦流檢測

孔玉瑩，李金強，馬強，貝雅耀

(中廣核檢測技術有限公司， 蘇州 215021)

蒸汽發(fā)生器傳熱管與防振條的間隙會影響傳熱管的微振磨損。以CPR1000機組55/19B型蒸汽發(fā)生器傳熱管和防振條為例，利用旋轉(zhuǎn)探頭分析渦流信號與間隙距離之間的關系。結(jié)果表明，渦流電壓幅值與間隙距離間呈單調(diào)下降趨勢，可用EXCEL多項式曲線擬合，使用時需要對曲線適當修正。

傳熱管;防振條;間隙測量;渦流檢測

立式回流式蒸汽發(fā)生器傳熱管U型彎管部分是通過防振條支撐來實現(xiàn)夾緊傳熱管功能的，其使傳熱管的彈性振動保持在盡可能低的水平，從而減輕因疲勞微振磨損和腐蝕造成的傳熱管破損[1-4]。在設計過程中對傳熱管與防振條的間隙距離有一定的要求，以CPR1000機組為例，傳熱管與防振條的設計要求平均間隙不大于0.3 mm，單個最大間隙不超過0.7 mm。若傳熱管與防振條的間隙距離過大，可能導致防振條發(fā)生偏移或扭轉(zhuǎn)，加重傳熱管的微振磨損而使傳熱管破損。

由于蒸汽發(fā)生器的特殊結(jié)構(gòu)，尤其是運行后發(fā)生器二次側(cè)的高放射性、不可達性等，采用直接的方式較難實現(xiàn)對傳熱管與防振條之間的間隙距離測量[5]，因此利用渦流檢測的間接方法，以CPR1000機組蒸汽發(fā)生器(55/19B型)[6]傳熱管和防振條為對象，通過模擬傳熱管與防振條之間的不同間隙距離，獲取渦流信號與間隙距離的關系。

1　試驗設備與方法

試驗所采用的渦流儀為西班牙TECNATOM公司生產(chǎn)的TEDDY+，推拔器為TECNATOM公司設計的T-PU2；試驗樣管與防振條(見圖1)材料與CPR1000機組蒸汽發(fā)生器所用產(chǎn)品的材料相同，即傳熱管材料為Inconel 690，尺寸為φ19.05 mm×1.09 mm，所選用的傳熱管彎管曲率半徑為540 mm；防振條材料為Z10C13，橫截面積矩形尺寸為11 mm×8.1 mm。傳熱管與防振條的間隙采用經(jīng)檢定的不同厚度的非導電薄膜(見圖1)加以控制，其標稱值分別為0.013,0.025,0.038,0.051,0.076,0.102,0.127,0.191,0.254,0.318,0.381,0.508,0.635,0.762 mm,計量值分別為0.012 2,0.023 2,0.035 8,0.053 4,0.076 2,0.104 8,0.131,0.189 4,0.240 8,0.326 6,0.383,0.515,0.626,0.731 mm。對于同一根傳熱管同一軸向位置，其上下兩側(cè)各有一根防振條，為有效區(qū)分兩側(cè)防振條的渦流信號，渦流檢測采用的探頭為由馬達驅(qū)動的帶有“115”型扁平線圈的旋轉(zhuǎn)探頭(MRPC，見圖1)，檢測頻率為100 kHz。標定時，傳熱管與防振條接觸狀態(tài)(即間隙為0 mm)時的防振條信號相位角設置為90°，電壓幅值為100 V。

試驗過程分三步：① 在曲率半徑為540 mm的彎管上下兩側(cè)各放置一段與CPR1000機組相同的防振條，一側(cè)固定接觸，另一側(cè)使用經(jīng)計量的薄膜放置于傳熱管與防振條之間,以控制不同間隙距離;采集3次測量數(shù)據(jù)并取其平均值建立電壓幅值與間隙距離的曲線關系；在此基礎上，通過對不同厚度薄膜的疊加進行數(shù)據(jù)采集，驗證曲線的適用性。② 對曲線進行適當修正。③ 在第①步試驗礎上，在直管段處進行試驗，研究曲率半徑對間隙距離的影響。

2　試驗結(jié)果

2.1曲線的建立

圖2為MRPC探頭的渦流信號三維示例圖，其中信號峰值的高低代表電壓幅值的大小，表2為相應的渦流數(shù)據(jù)分析結(jié)果。結(jié)果表明，隨著傳熱管與防振條間隙距離的增加，相應的電壓幅值呈單調(diào)下降趨勢。

圖2　MRPC探頭傳熱管與防振條間隙距離測量三維示例

表1為彎管段間隙距離與電壓幅值測量值的關系,根據(jù)表1，分別利用EXCEL中的線性和多項式關系進行曲線擬合，擬合的線性函數(shù)關系式為：y=-0.011x+1.094，R2=0.978，曲線見圖3(a)；擬合的多項式函數(shù)關系式為：y=0.000 09x2-0.023x+1.474，R2=0.999，曲線見圖3(b)，其中y均為間隙距離,mm;x均為電壓幅值,V;R為相關系數(shù)。從擬合結(jié)果看，多項式曲線擬合的相關性比線性關系高。

表2,3分別為利用不同厚度的薄膜采集旋轉(zhuǎn)探頭渦流數(shù)據(jù)，將測得的電壓幅值分別代入上述EXCEL擬合的線性和多項式關系中，計算間隙距離并與實際間隙距離進行比較得出的數(shù)值。從計算結(jié)果可以看出，對于0.7 mm以下的間隙，利用線性和多項式關系計算的間隙距離誤差均較小，最大差值為-0.071 2 mm，但多項式關系的標準偏差較線性關系小，說明多項式關系離散程度較線性關系小；當間隙距離為1 mm時，多項式關系計算的結(jié)果誤差較小，而線性關系計算的誤差較大；當間隙距離超過1 mm時，兩者計算的誤差均較大。結(jié)合CPR1000機組的設計間隙要求并考慮實際檢查情況，多項式曲線擬合較線性關系更合適。

圖3　電壓幅值與間隙距離EXCEL擬合曲線

V

表2　EXCEL線性關系間隙距離計算結(jié)果

表3　EXCEL多項式關系間隙距離計算結(jié)果

2.2曲線的修正

將表2中實際間隙距離為0 mm的電壓幅值,100 V代入上述擬合的多項式關系中,計算相應的間隙距離，計算值為0.074 mm，與實際的0 mm有一定的誤差。為使多項式關系更準確，對擬合的多項式關系進行適當修正，修正的原則為:經(jīng)修正后，電壓幅值100 V時計算的間隙距離在-0.010.01 mm以內(nèi)，且修正后計算的間隙距離與實際間隙距離的差值平均值和標準偏差均比修正前的數(shù)據(jù)更優(yōu)。

根據(jù)上述修正原則，經(jīng)修正后的多項式關系式為：y=0.000 083x2-0.022 5x+1.42，其中y為間隙距離,mm;x為電壓幅值,V。表4,5分別為根據(jù)修正前后的多項式關系計算的間隙距離，可以看出，經(jīng)修正后，當電壓幅值為100 V時，計算的間隙距離與實際值均為0 mm，同時經(jīng)計算的間隙距離與實際距離的差值平均值和標準偏差均比修正前的數(shù)據(jù)更優(yōu)。

表4　修正前多項式關系間隙距離計算結(jié)果

表5　修正后多項式關系間隙計算結(jié)果

2.3曲率半徑的影響

表6為直管段處旋轉(zhuǎn)探頭三次采集得到的不同間隙距離所對應的電壓幅值及其平均值，與表1的結(jié)果相比，相同間隙距離下，彎管段與直管段兩者的電壓幅值基本一致。結(jié)果表明，曲率半徑對間隙距離的測量基本無影響?；谠撛囼灲Y(jié)果，在實際檢查中，設計標定管裝置時可使用直管段傳熱管替代彎管段。

表6　直管段間隙距離與電壓幅值測量值　V

3　結(jié)論

蒸汽發(fā)生器傳熱管與防振條的間隙距離可利用渦流旋轉(zhuǎn)探頭間接測量，試驗結(jié)果表明:渦流電壓幅值與間隙距離可使用EXCEL多項式曲線擬合，兩者呈單調(diào)下降關系，建議使用時可適當對多項式進行修正，同時曲率半徑對間隙距離的測量基本無影響。

蒸汽發(fā)生器制造期間、役前或在役檢查階段均可利用渦流檢測的方式對間隙距離進行測量，測量結(jié)果可用于設計評估預測傳熱管的磨損風險、更換或修復防振條后的間隙確認等;同時所采集的渦流信號還可用于確認防振條在彎管區(qū)的位置。當發(fā)現(xiàn)測量的間隙結(jié)果較大時，可制定相應的預防性維修計劃，確保蒸汽發(fā)生器的安全持續(xù)運行。

[1]丁訓慎.蒸汽發(fā)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(fā)生器U形管動態(tài)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(fā)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]朱志斌,馬強,陳文輝,等.核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管缺陷渦流檢測數(shù)據(jù)分析[J].無損檢測,2013,35(4):15-17.

[5]夏炎鑫,奚金妹.蒸汽發(fā)生器抗震條的裝配和檢測[J].鍋爐技術,2004,35(3):70-74.

[6]劉振鳳,赫玲波.CPR1000蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)分析[J].一重技術,2010(3):17-20.

Gap Measurement between Steam Generator Tubes and Anti-vibration Bars Using Eddy Current Inspection

KONG Yu-ying, LI Jin-qiang, MA Qiang, BEI Ya-yao

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

The gaps between steam generator tubes and anti-vibration bars will affect the tube vibration wear. In this study, taking CPR1000 unit type 55/19B steam generator tube and anti-vibration bar as experiment model, rotating probe was used to establish the relationship between eddy current signal and tube-to-AVB gap. The results showed that the monotonic decrement of eddy current voltage amplitude with the increase of the gap could be represented by the EXCEL polynomial curve and the optimization of the curve was needed before its usage.

SG tube; Anti-vibration bar; Gap measurement; Eddy current inspection

2015-07-24

孔玉瑩(1984-)，女，碩士，工程師,主要從事核電站渦流檢測與研發(fā)工作。

10.11973/wsjc201603018

TG115.28

A

1000-6656(2016)03-0075-04