核電廠凝汽器鈦管變形缺陷的分布統計及原因分析

谷昊

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連116300）

1 概述

冷凝器鈦管作為核電廠二、三回路的邊界，一旦發生破損，海水進入二回路工質，將對系統設備造成影響。目前各個電廠普遍采用渦流檢測的方法對冷凝器鈦管進行預防性在役檢查，以期及早發現存在超標缺陷的鈦管并進行處理，監測鈦管整體運行狀況、跟蹤其缺陷的變化趨勢[1]。

國內某電廠在冷凝器鈦管進行渦流檢測的過程中，發現較多缺陷信號，且分布呈現一定的規律性，本文對各機組冷凝器鈦管渦流檢測結果加以歸納總結，分析其缺陷分布規律，同時對缺陷產生的原因進行分析。

2 各機組凝汽器鈦管變形缺陷的分布統計

2.1 凝汽器鈦管的變形缺陷數量多、變形程度大

變形類缺陷是指鈦管在外力的作用下出現變形、變形處未伴隨出現材質損失（如磨損、腐蝕）的缺陷類型。變形類的缺陷主要包含以下幾類缺陷類型：DNT（支撐板處凹陷）、DNG（自由段處凹陷）、BND（自由段處緩慢變形）、OBS（不通管）。其中BND（自由段處緩慢變形）類型缺陷，在該核電廠為首次發現，在其他核電廠冷凝器渦流檢測過程中未出現類似的缺陷顯示。該核電廠的不通管數量多于其他電廠平均水平。與之相似的是，其大幅值的DNT（支撐板處凹陷）的數量同樣多余其他電廠。因此，該電廠變形類型缺陷數量多、幅值大，推斷是由某些特殊原因引起的。

2.2 該核電廠變形缺陷的分布規律

該核電廠冷凝器鈦管變形缺陷的位置分布特征非常明顯。以某次大修A3 水室的DNT 信號分布為例：

圖1 A3 水室DNT 信號分布圖

圖1 中綠色對應幅值10～40V；黃色對應幅值40～70V；棕色對應幅值70～100V；紅色對應幅值100V 以上；黑色為前幾輪大修渦流檢測為不通管或者幅值較大的凹陷，進行堵管處理的鈦管。從圖中可以看出，DNT 類變形缺陷分布集中，且很規律。各個機組其余變形類缺陷的分布也都呈現類似的特征。

3 凝汽器鈦管變形原因分析

各機組冷凝器鈦管的變形有數量多、變形程度大、位置分布規律、缺陷發展速度各異、同一機組可能存在兩列變形程度差距巨大的特點。根據以上特點，提出導致鈦管變形的幾個假設：

（1）設計問題：鈦管受到沖擊較大；

（2）制造缺陷：鈦管材質不滿足要求、凝汽器制造缺陷；

（3）運行環境：循環水系統運行方式不當、異物進入系統；

針對以上三個假設，進行鈦管實驗分析、冷凝器檢查情況分析和機組運行情況分析。

3.1 鈦管實驗分析

從冷凝器中隨機抽取未變形鈦管進行試驗，判斷凝汽器鈦管材質是否滿足質量要求，主要工作包括：鈦管組織分析；鈦管化學成分分析；鈦管拉伸性能分析。

（1）鈦管組織分析：

基體金相組織為細小的α 相，晶粒度等級為9～10 級；

熔合良好，未見氣孔、裂紋、未熔合等缺陷；

焊縫金相組織為鑄態片狀α 相+少量針狀α 相，未見焊接缺陷（圖2）。

（2）鈦管化學成分分析

鈦管元素含量均滿足標準ASTM B338-2014 標準對Grade 2 材料的化學成分要求。

表1 冷凝器鈦管化學成分分析表

（3）鈦管拉伸性能試驗

沿鈦管軸向制取3 根弧形拉伸試樣，分析鈦管拉伸性能。分析表明鈦管室溫拉伸性能滿足標準ASTM B338 的要求（表2）。

鈦管實驗分析結論：綜合上述三個試驗分析，我們認為鈦管材質滿足制造要求——鈦管化學成分滿足標準要求；鈦管金相組織未見異常；鈦管拉伸性能滿足標準要求。

3.2 冷凝器檢查情況分析

3.2.1 冷凝器鈦管內部的內窺鏡檢查

對各個機組渦流檢查過程中的不通管（OBS）進行內窺鏡補充檢查，管子的變形狀況基本類似：變形鈦管內部無異物，管壁無尖銳變形，管壁變形比較平緩，變形為整體壓扁。

3.2.2 冷凝器汽側鈦管外部檢查

在對冷凝器汽側進行檢查的過程中，發現有鈦管間隙及指縫區域結冰的現象。

3.2.3 冷凝器結冰推斷

如果機組停運時間為冬天，周邊環境溫度極低，當主汽閥關閉后，循環水泵如需繼續保持運行，循環水溫度長期低于0℃，會造成冷凝器汽側結冰。

3.3 機組運行情況分析

前文對變形缺陷的分布進行統計，其中4 號機A、B 兩列變形程度差距大，最具典型性。因此以4 號機為例，分析4 號機臨停期間的運行情況，推斷4 號機各模塊的結冰程度，進而判斷機組運行與各模塊鈦管變形的相關性。

3.3.1 4 號機運行情況

2016 年1-3 月，2017 年1-3 月4 號機臨停期間，循環水溫度低于0℃。期間A 列CRF泵保持運行，B 列CRF 泵保持停運。

3.3.2 4 號機凝汽器理論結冰判定

結冰物質分布：凝汽器結冰物質主要為GPV 噴淋和GCTc 蒸汽，綜合噴淋和蒸汽的分布情況，A2 模塊結冰物質較多，A3 模塊次之，A1 模塊少。

循環水泵的運行情況：兩次臨停期間，均為A 列循環水泵保持運行，B 列循環水泵保持停運，凝汽器B 列無結冰條件。

綜上，A 列各模塊理論結冰量排序：A2＞A3＞A1，B 列模塊無結冰。

3.3.3 4 號機凝汽器理論結冰與變形的對關系

上文分析了2016 年1-3 月、2017 年1-3月4 號機臨停期間的運行狀況，在2017 年5月對4 號機冷凝器鈦管進行了渦流檢測，檢測范圍覆蓋了空冷區及其周邊區域。

將 4 號機各模塊理論結冰情況與變形鈦管（BND＞70/DNT＞70/OBS）數量進行對比。結果表明二者有對應關系，即理論上結冰最多模塊，其變形鈦管數量也最多（表3）。

3.3.4 臨停期間CRF 配置

4 號機冬季臨停時，CRF 泵保持運行，給常規島相關設備提供冷卻水。由于海水溫度較低，使凝汽器循環水入口溫度溫度較低，存在結冰條件。

4 結論

4.1 各機組冷凝器鈦管的變形有數量多、變形程度大、位置分布規律、缺陷發展速度各異、同一機組的兩列之間可能存在變形程度差距巨大的特點；

圖2 冷凝器鈦管金相組織圖

表2 冷凝器鈦管拉伸性能分析表

表3 號機冷凝器各模塊理論結冰分布與變形鈦管數量對比

4.2 凝汽器空冷區結成較大冰實體，空冷區附近鈦管受冰體膨脹、冰體沖擊等綜合作用，變形彎曲；

4.3 凝汽器各模塊鈦管變形數量的多少與凝汽器相關設備投運情況有對應關系。