超聲技術和紅外技術在AP1000 閥門內漏檢查的應用

陶佳林 呂元亮

三門核電有限公司 浙江臺州 317112

1 概述

電站閥門是否內漏，對電站的影響至關重要，運行中一旦出現閥門內漏，常常會使得機組效率下降，嚴重者甚至會引起停機事故，因此閥門內漏是發電企業普遍存在的重大節能問題，快速檢測并治理閥門內漏則是發電企業節能減排的重要舉措。面對國家日益迫切的節能減排要求，核電企業在保證核安全的基礎上，也越來越重視機組的節能減耗。

2 閥門內漏的檢測機理

2.1 超聲波閥門內漏檢測原理

任何材料在外力或內里作用下發生摩擦、裂紋或變形時，會以彈力波的形式釋放處應變能量[1]。閥門在關閉狀態下，當閥門嚴密性較好，不存在泄漏時，管道中的介質（液體或氣體）被閥門隔斷，介質無法從高壓區流向低壓區；但當閥門嚴密性變差，存在泄漏時，管道中的介質（液體或氣體）會通過泄漏點，從高壓區流到低壓區，在此過程中泄漏的介質會在低壓區產生紊流[2]。紊流流場使得介質內部相互摩擦作用產生聲發射信號，該信號是含有各種頻段成份的聲波，通常紊流產生的噪聲中，超聲波的成份比可聽見的普通聲波成份強烈得多。并且超聲波信號的強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過壓電晶體轉換成電信號，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過信號處理在儀器上顯示出來，從而實現閥門內漏的判斷。

2.2 紅外閥門內漏檢測原理

通常系統中的管道上的閥門關閉時，閥門上下游的介質存在一定的溫差，正常的閥門往往在閥門上下游會產生均勻的熱梯度[4]，而存在內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，根據熱梯度的特征實現閥門內漏的判斷。

3 閥門內漏檢測應用

BDS 系統閥門內漏檢查。BDS 系統（蒸汽發生器排污系統）主要功能是從蒸汽發生器中出去沉積物以及對蒸發器進行疏水。2019 年某月，運行人員發現BDS 系統中SG 排污熱交換器B 管側閥門（V030B）下游管道開口處存在目視可見的泄漏（約3 秒一滴），同時發現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，傳統方法無法準確定位泄漏閥門位置[5]。

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

經修正測量，三臺閥門上下游管道溫度數據如表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境溫度，未發現內漏特征熱信息。

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

1-BDS-V027B 閥門上下游管道溫度均高于環境溫度，調整著色板后（圖1 右）未在下游管道發現明顯的熱梯度帶，表明管道內有持續的熱源，金屬熱傳導不是管道傳熱主要形式，符合內漏特征熱信息。由于管道與環境的溫差較大（76℃），所以該閥門存在內漏，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，從上到下依次為A、B、C、D 點，各閥門超聲檢測數據見表2：

表2 BDS 超聲波強度測量表

從超聲波強度來看，閥門V024B/V025B/V027B 上下游強度均符合C 點大于B 點，C 點大于D 點的典型泄漏情況，其中V027B強度最大，V025B 強度次之，V024B 強度最小，根據經驗V024B超聲波強度值低于5dB，故認為泄漏量符合要求。

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 存在內漏，泄漏量較大；V025B 存在內漏，泄漏量較小，最后通過解體檢查，發現V027B閥門確實存在泄漏。

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 結語

超聲技術和紅外技術等技術在AP1000 機組閥門內漏的應用，為閥門內漏檢查提供了一種高效、便捷的新方法。特別是對于系統中存在多個并列布置無法單獨隔離的閥門，傳統方法無法準確定位，全部解體又導致過度維修的問題解決有重要意義。