蒸汽發生器傳熱管二次側外來物磨損的渦流信號

(中廣核檢測技術有限公司，蘇州 215021)

核電站蒸汽發生器傳熱管外來物定義為根據蒸汽發生器的設計、運行和維修狀態，不應該在蒸汽發生器內部存在的物質，包括傳熱管內一次側外來物和傳熱管外二次側外來物,如制造期間保護傳熱管用的一次側塑料套，制造或維修時留下的螺栓、螺母、焊條，一回路運行時斷裂的其他內部構件等。由于機組運行期間的水流沖擊、振動等都有可能對傳熱管造成磨損或碰撞，所以傳熱管易破損。自核電站運行以來，已發生多起由于蒸汽發生器外來物造成傳熱管磨損的案例[1-3]。

以CPR1000機組蒸汽發生器傳熱管渦流在役檢查期間發現的二次側外來物磨損渦流信號為例，通過對該渦流信號進行BOBBIN探頭(軸繞式探頭)和MRPC(旋轉探頭)的數據分析，結合二次側視頻檢查等方式進行確認，給出了外來物磨損信號的處理建議。

1 外來物在役檢查要求

目前,國內CPR1000機組蒸汽發生器傳熱管在役檢查期間，需要利用視頻檢查裝置在二次側對外圍傳熱管及中間管廊實施外來物搜尋和取出檢查(FOSAR)。若發現外來物，應對外來物進行定位與照相，記錄外來物的幾何尺寸、形狀、色澤、屬性等，并盡可能把外來物取出；如不能取出，則應考慮對受外來物影響的傳熱管實施堵管處理。

此外，根據RSEM規范(機械材料檢驗和應用規則)要求，在役檢查期間，應至少對其中一臺蒸汽發生器外圍2排100%的傳熱管和次外圍2排50%的傳熱管進行渦流BOBBIN探頭檢查，同時對剩余傳熱管進行1/8抽檢，其中對外圍及次外圍傳熱管進行檢查的目的主要是檢測外來物及其引起的傳熱管外壁缺陷。

2 外來物渦流信號分析

2.1 BOBBIN探頭分析

在國內某核電站機組部分在役檢查期間，按RSEM規范對蒸汽發生器傳熱管進行例行渦流抽檢，采用BOBBIN探頭進行全管全壁厚檢查，相關技術參數見表1。

表1 傳熱管渦流檢查相關技術參數

圖1 R38C47傳熱管BOBBIN探頭檢查結果

檢查過程中發現，在R38C47傳熱管的主頻差分通道熱端管板上部約360 mm處存在一處疑似外壁缺陷顯示，通過相位傷深曲線測得壁厚減薄量為26%；同時在低頻絕對通道上有疑似外來物顯示(見圖1，圖中Diff為差分通道，Abs為絕對通道)。重新檢測該傳熱管后，信號未發生變化。對比役前檢查數據，在相同位置主頻差分通道和低頻絕對通道上均未發現可記錄顯示。

考慮該顯示為新增顯示，以R38C47傳熱管為中心，擴檢周圍5X5根傳熱管后發現，在其相鄰的R38C48傳熱管低頻絕對通道相近位置,即熱端管板上部約370 mm處也有疑似外來物顯示，但在主頻差分通道上未發現可記錄的顯示。對比役前檢查數據，在相同位置,主頻差分通道和低頻絕對通道上均未發現可記錄顯示(見圖2)。其余傳熱管未發現可記錄的顯示。

圖2 R38C48傳熱管BOBBIN探頭檢查結果

R38C47傳熱管和R38C48傳熱管BOBBIN探頭檢查結果見表2(表中“LPI”表示外來物導致的顯示，“PLP”表示外來物)。

2.2 MRPC探頭分析

由于BOBBIN探頭無法確定缺陷的周向信息，當BOBBIN探頭發現可疑顯示時，應采用MRPC探頭對顯示進行定性。蒸汽發生器傳熱管渦流檢查直管段MRPC探頭包括3個線圈，即“115”扁平式線圈、“080”扁平式線圈和“+”線圈，其中“+”線圈對軸向和周向缺陷較為靈敏，通常為主檢測線圈，用于缺陷定性，“115”扁平式線圈低頻通道用于定位及檢測外來物。

根據BOBBIN探頭檢查結果，對R38C47傳熱管及R38C48傳熱管熱端管板至分流板區域進行MRPC探頭檢查，結果見圖3和表3(表3中“WAR”表示外壁磨損)。從結果可以看出，R38C47傳熱管在熱端管板上部約360 mm處存在一處外壁體積性缺陷，同時在相同位置檢測到一處外來物顯示；R38C48傳熱管在熱端管板上部約370 mm處檢測到一處外來物顯示，但未發現有壁厚減薄顯示。

表2 R38C47和R38C48傳熱管BOBBIN探頭檢查結果

表3 R38C47和R38C48傳熱管MRPC探頭檢查結果

圖3 R38C47和R38C48傳熱管MRPC探頭檢查結果

由于BOBBIN探頭檢測的電壓幅值包含軸向和周向的綜合信息，MRPC探頭檢測的電壓幅值為單點最大電壓幅值處，從MRPC探頭檢查結果可以得知，R38C48傳熱管外壁外來物顯示在軸向和周向方向的長度均大于R38C47傳熱管外壁外來物顯示的長度，即可解釋BOBBIN探頭檢查結果中R38C48傳熱管外來物顯示的電壓幅值大于R38C47傳熱管外來物顯示的。

R38C47和R38C48傳熱管位于外圍，存在異物落入的可能性。結合BOBBIN探頭和MRPC探頭分析結果，初步判定R38C47傳熱管外壁存在一處外來物顯示及外來物引起的磨損缺陷，R38C48傳熱管外壁存在一處外來物顯示，但未發現有壁厚減薄缺陷。

2.3 視頻檢查結果

由于外來物與傳熱管的接觸面一般較小，采用BOBBIN探頭檢測外來物存在一定的難度；MRPC探頭檢測外來物的靈敏度高于BOBBIN探頭的，但由于外來物的信號顯示與傳熱管外壁泥渣信號相似，MRPC探頭在外來物的判定上也存在一定的難度。因此在現場條件允許的情況下，可配合使用視頻檢查用以確認最終信號。

檢查中，在二次側對渦流檢查發現的疑似外來物信號區域進行視頻檢查(ITV)，發現疑似金屬絲外來物[見圖4(a)],之后利用ITV檢查探頭配合異物抓取工具取出外來物[見圖4(b)]，該外來物質量為6.14 g，總長度約360 mm，直徑約1.79 mm，其成分分析結果為Fe 98.5%,Mn 0.47%,Cu<0.016%,Mo 0.051%,Ti 0.38%，判定為金屬絲。但由于位置原因，無法對與異物相接觸的傳熱管磨損部位進行詳細視頻檢查。

圖4 外來物實物照片

2.4 渦流復檢結果

外來物取出后，對R38C47傳熱管及其周圍11X11根傳熱管進行渦流BOBBIN探頭復檢。復檢時對R38C47傳熱管的缺陷定量采用相位傷深法，主要原因為幅值傷深法一般用于規則體積類缺陷的定量，R38C47傳熱管的外壁顯示雖為磨損類缺陷，但基于其磨損并不規則，缺陷位于自由段且外來物已取出，因此BOBBIN探頭定量檢測時，選擇主頻差分通道，采用相位傷深法測量壁厚減薄量。復檢結果表明：R38C47傳熱管磨損傷深為26%，與異物取出前測量的傷深相同，低頻通道未見外來物顯示；R38C48傳熱管低頻通道未見外來物顯示(見圖5)；其余傳熱管未發現可記錄的顯示。

3 結論

(1) R38C47外壁自由段主頻通道信號是由外來物與傳熱管之間的接觸產生的傳熱管磨損缺陷信號，非裂紋或腐蝕信號，經MRPC探頭檢查，確認為體積性顯示。異物取出前、后磨損傷深測量值均為26%。

(2) 外來物取出前，R38C48傳熱管在低頻通道上存在外來物顯示，外來物取出后無相關顯示，渦流檢查未發現傳熱管存在外壁磨損信號。

(3) 傳熱管外壁材料磨損大于等于40%時，進行堵管處理。

圖5 外來物取出后BOBBIN探頭復檢結果

(4) 傳熱管外壁材料磨損小于40%時，后續連續3次大修進行跟蹤檢查。根據RSEM規范關于顯示重大變化的規定，當主頻通道及輔頻通道的信號幅值均增大30%時，該缺陷顯示定義為重大變化，建議對該傳熱管進行堵管處理。