核電站蒸汽發(fā)生器安全端焊縫射線檢測技術(shù)

趙 磊,曹志軍,葉 峰,王佳旭,梅義俊,張鐵輝

(中廣核檢測技術(shù)有限公司,蘇州 215004)

根據(jù)國家核安全法規(guī)HAF0302《核電廠在役檢查》的要求,核電站各組成部分的部件及設(shè)備在安裝與整機調(diào)試后,需對核島內(nèi)的部件、設(shè)備以及系統(tǒng)進行一次全面檢查,以確定其狀態(tài)是否正常。這一全面檢查活動稱為投入運行前的第一次全面檢查,即役前檢查。

役前檢查結(jié)果提供初始狀態(tài)下的數(shù)據(jù),可與核電站設(shè)備制造廠提供的部件制造階段所得的檢查記錄進行比較,還可作為技術(shù)檔案保存,為核電站設(shè)備的在役檢查提供原始資料和比較依據(jù)。

1 射線檢測的技術(shù)要求

核島機械設(shè)備的役前射線檢測主要針對主回路系統(tǒng)的壓力邊界,包括反應(yīng)堆壓力容器安全端焊縫、蒸汽發(fā)生器水室冷、熱端安全端焊縫、上封頭與筒體連接焊縫、波動管與下封頭連接焊縫、上封頭接管安全端焊縫、一回路壓力邊界輔助系統(tǒng)管道中抽查使用因子＞0.4的焊縫以及核島內(nèi)外的二級或三級部件等。

核電站役前及在役射線檢查中,普遍采用γ源進行透照。這是因為與X射線相比,使用γ源透照可以縮短曝光時間,從而減少工作人員在役檢查時的受照劑量。另外,核電站一回路壓力邊界設(shè)備接管焊縫以及輔助管道的抽查焊縫全部在反應(yīng)堆安全殼內(nèi),管道安裝布置非常緊湊,而γ源具有比活度高、焦點小和源頭尺寸小等優(yōu)點,可更方便地對核島內(nèi)部部件進行透照。

核電站射線檢測常用的γ源主要有192Ir與60Co。對于蒸汽發(fā)生器安全端接管焊縫的射線檢測,主要采用192Ir源進行,其技術(shù)要求如下：

(1)射線源的選擇首先應(yīng)滿足幾何不清晰度要求,其次源強需要滿足檢驗效率的要求。幾何不清晰度按式Ug=dl/(f-l)計算,式中d為射線源的尺寸;l為射線入射表面到膠片的距離;f為源至膠片的距離。一般情況下,焊接接頭的幾何不清晰度≤0.3mm。由此,確定源的尺寸為 φ2.0mm×2.0mm。

(2)采用雙膠片技術(shù),雙底片評片時黑度范圍為2.7～4.5,單底片評片時黑度范圍為2.0～4.0。

(3)工件與膠片之間放置厚度為2.0mm的鉛濾光板,在其一個角上鉆有兩個φ3mm的孔,并加以標(biāo)示,當(dāng)?shù)灼系娜毕菘赡軄碜詾V光板時便于解釋和查找。

(4)在暗盒背面使用厚度為2.0mm鉛板作為背屏,遮擋屏蔽散射線,防止背散射引起底片靈敏度下降。

(5)所用増感屏材質(zhì)為鉛,其組合形式為前屏=后屏=0.2mm,雙面中屏,屏厚2mm×0.1mm。

(6)像質(zhì)計采用材質(zhì)為低合金鋼的階梯孔型像質(zhì)計。

(7)用等分圓周法制作數(shù)字標(biāo)記帶,并保證數(shù)字標(biāo)記在每張底片上居中,且距離底片左右兩端大約25mm,此區(qū)域保證了底片搭接距離的要求。數(shù)字標(biāo)記帶布置在環(huán)焊縫熱影響區(qū)的邊界,距離焊縫邊緣大約12mm左右,標(biāo)記帶的零點與焊縫上的永久標(biāo)記起點對齊。

2 蒸汽發(fā)生器安全端焊縫射線檢測技術(shù)要點

2.1 透照部位結(jié)構(gòu)介紹

在壓水堆核電站中,蒸汽發(fā)生器是一回路冷卻劑從反應(yīng)堆獲得的熱能傳給二回路工質(zhì)使其變?yōu)檎羝臒峤粨Q設(shè)備,具有尺寸大、重量大、制造復(fù)雜的特點。蒸汽發(fā)生器主要由下封頭、管板、U形管束、汽水分離裝置及筒體組件等組成。

筆者主要討論蒸汽發(fā)生器下封頭水室冷、熱端安全端接管焊縫的射線檢測技術(shù)。蒸汽發(fā)生器屬于承受高壓的部件,其下封頭為球形封頭(圖1),兩側(cè)分別設(shè)有冷卻劑進、出口管嘴和兩個人孔,開孔面積大概為45%。

圖1 蒸汽發(fā)生器下封頭結(jié)構(gòu)

對于蒸汽發(fā)生器安全端接管焊縫的射線檢測采用中心透照法。首先,將射線檢測工具架由人孔送入,到達管嘴的安全端接管處待檢部位并固定,再將射線源通過工具架導(dǎo)入,對被檢部位進行曝光。

以水室的熱端安全端接管焊縫為例,對透照部位的主要結(jié)構(gòu)進行介紹。管嘴從蒸汽發(fā)生器出來后,經(jīng)過兩段焊縫,如圖2所示,首先經(jīng)過安全端異種金屬焊縫,材質(zhì)為 16MND5/Z2CND18.12N,坡口形式為U型。再經(jīng)過安全端同種金屬焊縫,材質(zhì)為Z3CN20.09M/Z2CND18.12N,坡口形式也為U型。

圖2 主管道接管焊縫示意圖

2.2 射線檢測工具架的設(shè)計

如何將γ射線源準(zhǔn)確、安全地送至被拍攝部位,涉及到輔助機械設(shè)備(工具架)的設(shè)計。蒸汽發(fā)生器下封頭分為冷室和熱室,每個室都有一個冷卻劑口和人孔。射線檢測的工具架需要從人孔進入水室,并穿過水室到達安全端接管焊縫的位置。

因為需要透照同種金屬焊縫及異種金屬焊縫,所以源的移動與移動后的準(zhǔn)確定位至關(guān)重要。蒸汽發(fā)生器安全端接管焊縫的射線檢測部位主要有三處,分別是同種金屬焊縫、異種金屬焊縫以及異種金屬焊縫的預(yù)堆邊(圖2)。因為192Ir源是通過導(dǎo)源管被送至源頭處,所以只需設(shè)法將源頭的位置對準(zhǔn)被透照部位即可。工具架的主體可設(shè)計為中空的套管,導(dǎo)源管能在其內(nèi)部自由伸縮。但是導(dǎo)源管在工具架內(nèi)部,不能確定其位置究竟在何處,而且如果在內(nèi)部直接照射,會因為透照厚度的改變(受管壁厚度與材料種類的影響)而影響透照時間等。

考慮以上因素,將工具架主體設(shè)計為套管形式。前端套管可使導(dǎo)源管的源頭通過并將套管頂住,所以只需設(shè)法移動前端套管,即可實現(xiàn)源頭的準(zhǔn)確定位。

另外,由于蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點及核電I級設(shè)備的特殊性,在將工具架裝入蒸汽發(fā)生器內(nèi)部的過程中,嚴格注意不能觸及蒸汽發(fā)生器的內(nèi)壁,避免對其內(nèi)部造成刮傷或劃傷。因此工具架的安裝人員要操作熟練,同樣工具架的重量不能過重,以免增加操作安裝人員對工具架進行控制的難度。

2.3 在役射線檢查技術(shù)探討

以上介紹的工具架能夠滿足役前射線檢查的要求,但是若要將該設(shè)備用于在役檢查,為了減少工作時間,降低工作人員的受照劑量,筆者認為還需在以下幾個方面作出改進：

(1)工具架的重量需要減輕。因為在役檢查的過程中,為了降低集體劑量,不可能安排過多的工作人員安裝工具架,所以應(yīng)設(shè)法減輕工具架的重量,使2～3名工作人員即可快速完成工具架的安裝。

(2)采用現(xiàn)有的方法對工具架進行控制,雖然準(zhǔn)確性高,但是傳動速度較慢,從而增加了在高劑量區(qū)的工作時間。應(yīng)采取更加合適的控制方法,使工具架的調(diào)節(jié)速度和精度都能達到要求。

(3)安裝人員的操作熟練程度需要提高。提高熟練程度的目的一是為了提高工具架的安裝速度,以減少在役檢查時所受的輻照量,二是不碰觸蒸汽發(fā)生器的內(nèi)壁,避免對蒸汽發(fā)生器內(nèi)壁造成劃傷。

3 結(jié)語

以上介紹的射線檢測技術(shù)與常見的射線檢測不同,不僅對底片的質(zhì)量有嚴格的要求,而且,還需考慮在“不可視”條件下如何實現(xiàn)源的移動與準(zhǔn)確定位。考慮γ源檢測的特點與現(xiàn)場的實際情況,筆者所在單位設(shè)計了用于蒸汽發(fā)生器安全端焊縫射線檢測的輔助設(shè)備,對嶺澳核電站3號機組蒸汽發(fā)生器安全端焊縫進行了實際的役前檢查。實踐證明,設(shè)備完全滿足役前射線檢查的要求,透照出的底片清晰地反映出了被檢焊縫的影像,并且黑度與像質(zhì)計靈敏度等均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。但是,對于蒸汽發(fā)生器安全端焊縫的在役射線檢查,為了盡量降低工作人員的受照劑量,所研制設(shè)備還有待改進之處。

由此可見,射線檢測并不是簡單的曝光量計算與放源、收源工作,對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件,同樣需要機械控制甚至電氣控制等輔助設(shè)備進行配合,射線無損檢測技術(shù)正在一步步地邁向自動化與現(xiàn)代化。

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