RPV筒體超聲檢測超標(biāo)顯示的分析

齊敦杰，霍勝濤，郭 亮

(中國核電工程有限公司， 福清 350300)

RPV筒體超聲檢測超標(biāo)顯示的分析

齊敦杰，霍勝濤，郭 亮

(中國核電工程有限公司， 福清 350300)

某反應(yīng)堆壓力容器役前檢查的超聲檢測過程中，發(fā)現(xiàn)三處超標(biāo)顯示。在對反應(yīng)堆壓力容器的超標(biāo)顯示信息進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)備制造完工報(bào)告和安裝階段的檢查報(bào)告分析了超標(biāo)顯示產(chǎn)生的可能時(shí)機(jī)；通過化學(xué)成分分析和對比試驗(yàn)驗(yàn)證了此超標(biāo)顯示產(chǎn)生的根本原因，即超標(biāo)顯示是由褐鐵礦混凝土引起的。

役前檢查；超聲檢驗(yàn)；超標(biāo)顯示；核安全

反應(yīng)堆壓力容器(簡稱RPV)被視為核反應(yīng)堆的“核心”，是核電站-回路壓力邊界的重要組成部分[1]。RPV是一個(gè)圓柱型容器，其底部是焊接的半球形封頭，上部為法蘭連接的上封頭頂蓋，容器分別有三個(gè)進(jìn)口接管和出口接管。RPV環(huán)焊縫的內(nèi)表面直徑約為4 m，焊縫厚度約為200 mm，堆焊層厚度約為6 mm，母材為低合金鋼?；谄浣Y(jié)構(gòu)完整性對核電站安全的重要性，RSE-M《壓水堆核島機(jī)械部件在役檢查規(guī)則》對反應(yīng)堆壓力容器本體的役前和在役檢查做出了明確規(guī)定：所有的環(huán)焊縫應(yīng)進(jìn)行超聲檢查，安全端焊縫(包括同種金屬焊縫和異種金屬焊縫)應(yīng)進(jìn)行超聲和射線檢查。

RCC-M《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》和檢驗(yàn)程序要求：對于RPV環(huán)焊縫，應(yīng)從容器內(nèi)壁沿兩個(gè)相互垂直的方向(5個(gè)掃查方向)檢查環(huán)焊縫；檢驗(yàn)區(qū)域應(yīng)覆蓋熔敷金屬及焊縫兩邊50 mm范圍的基體金屬[2]；45°、60°橫波探頭和70°縱波探頭用于環(huán)焊縫的超聲探測，0°探頭用于缺陷類型判定以及焊縫厚度測量，45°縱波探頭用于缺陷自身高度測量和長度測量。

某反應(yīng)堆壓力容器役前檢查過程中出現(xiàn)了三處超標(biāo)顯示，筆者在分析超標(biāo)顯示信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)檢驗(yàn)程序要求、設(shè)備制造完工報(bào)告和安裝階段的檢查報(bào)告分析了超標(biāo)顯示產(chǎn)生的可能時(shí)機(jī)，并通過化學(xué)成分分析和對比試驗(yàn)驗(yàn)證了此超標(biāo)顯示產(chǎn)生的根本原因。

1 超標(biāo)顯示信息

某RPV在役前檢查過程中，筒體環(huán)焊縫超聲檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)范圍內(nèi)某區(qū)域有長度較長的顯示信號，不滿足驗(yàn)收準(zhǔn)則；之后擴(kuò)大檢查區(qū)域，發(fā)現(xiàn)共有三個(gè)區(qū)域存在類似的顯示，分別定義為區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3，如圖1所示。超聲顯示信息見表1。

由表1可知， 區(qū)域1，2,3的顯示在特征上相似，均為長條顯示，且長度方向基本與法蘭面垂直，顯示深度都位于反應(yīng)堆壓力容器外表面，無尖端衍射信號。

表1 某反應(yīng)堆壓力容器超標(biāo)顯示基本信息

圖1 某RPV超標(biāo)顯示分布區(qū)域示意

根據(jù)檢驗(yàn)程序，在無法確定外表面顯示的起因時(shí)，保守考慮其為自身高度小于4 mm的平面型顯示。

由于超聲檢測技術(shù)的局限性，目前無法區(qū)分信號是由于表面劃傷還是表面附著物引起的。如果這三個(gè)區(qū)域的顯示是由于表面平面型缺陷引起的，則需要對此缺陷進(jìn)行安全評價(jià)甚至修補(bǔ)工作。整個(gè)過程需要采用無損檢測方法確認(rèn)顯示，且修補(bǔ)完成后還需進(jìn)行安全評價(jià)等工作，這樣勢必制約機(jī)組裝料，提高電廠的工程造價(jià)。鑒于此，明確外表面超標(biāo)顯示起因?qū)栴}的解決有重大的意義。

2 超標(biāo)顯示分析

2.1 顯示產(chǎn)生的可能時(shí)機(jī)

由于保溫層和外部生物屏蔽層的阻擋，RPV安裝完成后，其表面受到破壞的可能性不大，故初步判斷缺陷顯示在制造階段和安裝階段形成的可能性大。然而查閱制造和安裝階段的竣工文件后，未發(fā)現(xiàn)形成缺陷的相關(guān)記錄。

RPV安裝完成后，在其周邊還需要進(jìn)行主管道焊接、堆內(nèi)構(gòu)件安裝、接管部位保溫安裝、堆腔底部鋼覆面安裝和灌漿等工作。由于前三項(xiàng)工作與壓力容器外表面不直接接觸，故不會(huì)對區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域3產(chǎn)生劃痕和擦傷等損傷；而在堆腔底部鋼覆面安裝和灌漿過程中，發(fā)生過灌漿料泄漏至壓力容器外表面的事件。

2.2 外表面目視檢驗(yàn) 由于RPV生物屏蔽層的阻擋，RPV筒體保溫層大部分難以拆除，僅能有限地拆除接管焊縫和底封頭環(huán)焊縫的部分保溫層。在區(qū)域1接管焊縫保溫層拆除后，發(fā)現(xiàn)與RPV筒體外表面區(qū)域1的超聲顯示相符的部位附著有兩條黃褐色膠狀物，見圖2(a)。打開RPV下封頭處保溫人孔，使用內(nèi)窺鏡從RPV與保溫層間間隙往上檢查區(qū)域3位置下端處，發(fā)現(xiàn)存在與區(qū)域1位置處類似的黃褐色附著物，見圖2(b)。區(qū)域2處保溫層無法拆除，不能進(jìn)行目視檢驗(yàn)。

圖2 RPV外表面目視檢驗(yàn)

3 成分驗(yàn)證與對比試驗(yàn)

3.1 成分驗(yàn)證

通過對區(qū)域1的膠狀物粉末和褐鐵礦混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊取樣分析，發(fā)現(xiàn)區(qū)域1的膠狀物粉末中Fe的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為24.5%，B的含量為0.05%;而褐鐵礦混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊Fe的含量為15.13%，B的含量為0.04%。

由于褐鐵礦混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊每立方米含有580 kg的碎石，而區(qū)域1的膠狀物為自流漿，不含碎石。故區(qū)域1的膠狀物粉末Fe、B成分略高于褐鐵礦混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊中的Fe、B成分。考慮到RPV周圍沒有其他類似Fe、B含量較高的混凝土施工，確定區(qū)域1的膠狀物應(yīng)為褐鐵礦混凝土漿體。

3.2 區(qū)域1的超聲檢測對比試驗(yàn) 為證明區(qū)域1 的超聲顯示與褐鐵礦混凝土附著物可能的相關(guān)性，將區(qū)域1混凝土除去一部分(清除前后對比照片見圖3)后，并實(shí)施超聲檢測對比驗(yàn)證。

由于區(qū)域1外表面顯示的超聲檢測是從壓力容器內(nèi)表面進(jìn)行的，而兩條水泥附著物在壓力容器外表面，其相對于壓力容器的絕對位置無法準(zhǔn)確測量;故在距離水泥附著物150 mm處引入附加外壁附著物(磁鐵)，附加外壁附著物的下邊沿與不可拆卸的保溫層上邊沿平齊。超聲顯示信號與磁鐵、水泥附著物實(shí)際位置的對應(yīng)關(guān)系見圖4。

圖3 區(qū)域1可達(dá)部位附著物清除前和清除后的外觀對比

圖4 超聲顯示信號與磁鐵、水泥附著物實(shí)際位置的對應(yīng)關(guān)系

圖5 區(qū)域1外表面水泥附著物清除前后的超聲信號對比

由圖4可見，附加附著物的信號與區(qū)域1相對位置和方形磁鐵與水泥附著物實(shí)際相對位置較對應(yīng)。由此不難判斷，區(qū)域1外表面顯示與對應(yīng)區(qū)域反應(yīng)堆外表面兩條水泥附著物存在相關(guān)性。同時(shí)，根據(jù)方形磁鐵信號可判斷,不可拆卸的保溫層上邊沿距法蘭面約2 799.5 mm。

附著物清除前后的超聲信號對比見圖5。水泥附著物清除前，Extra-D01顯示的起點(diǎn)位置為2 769.5 mm;水泥附著物清除后，Extra-D01顯示的起點(diǎn)位置為2 799.5 mm，2 769.5～2 799.5 mm間的顯示信號基本消失。

由于外壁保溫層不可拆卸的影響，區(qū)域1能夠清除的外表面水泥附著物的最下端位置距法蘭面距離約為2 799.5 mm，驗(yàn)證了Extra-D01顯示在水泥附著物清除后僅2 769.5～2 799.5 mm間的顯示信號基本消失。

通過以上對區(qū)域1的超聲對比試驗(yàn)結(jié)果的分析，得出如下結(jié)論：

(1) 從反應(yīng)堆內(nèi)表面超聲檢測發(fā)現(xiàn)的區(qū)域1外表面顯示信號與對應(yīng)區(qū)域反應(yīng)堆外表面兩條水泥附著物有相關(guān)性。

(2) 區(qū)域1距法蘭面2 799.5 mm以上的外表面顯示信號為水泥附著物引起的信號。

(3) 推斷區(qū)域1距法蘭面2 799.5 mm以下的外表面顯示信號為該兩條水泥附著物引起。

由此，區(qū)域1的超標(biāo)信號是由區(qū)域1外表面的水泥附著物引起。

3.3 區(qū)域3的超聲檢測對比試驗(yàn)

區(qū)域3位置對比試驗(yàn)的檢查范圍定為：軸向范圍法蘭面向下7 200～8 000 mm，周向范圍：327°～338°。區(qū)域3外表面自動(dòng)超聲掃查結(jié)果見圖6。

由于此位置附著物的清除較困難，僅選取清除顯示B9-D07(6)對應(yīng)位置處的部分附著物來做對比

試驗(yàn)，清除位置距法蘭面7 800～8 000 mm;相應(yīng)地作為對比，選取的未擦拭區(qū)域高度范圍距法蘭面7 300～7 500 mm。外表面B9-D07(6)可達(dá)部位附著物清除前后的外觀對比見圖7。

圖6 區(qū)域3外表面自動(dòng)超聲檢查信號

圖7 外表面B9-D07(6)可達(dá)部位附著物清除前后的外觀對比

在外表面B9-D07(6)可達(dá)部位附著物清除前后,分別對其進(jìn)行手動(dòng)超聲檢測，沿著壓力容器內(nèi)壁軸向選取3個(gè)點(diǎn)(每個(gè)點(diǎn)相距100 mm)，在這些點(diǎn)附近記錄超聲最大幅值信號(見表2)。比較顯示信號幅值，清除前手動(dòng)超聲顯示信號幅值有明顯衰減。針對區(qū)域3 中B9-D07(6)的外表面顯示清除區(qū)域附近的未清除區(qū)(見圖6)進(jìn)行內(nèi)表面手動(dòng)超聲掃查，沿著壓力容器內(nèi)壁軸向選取2 個(gè)點(diǎn)，在這2 個(gè)點(diǎn)的附近區(qū)域記錄超聲最大幅值信號(見表3)，可見其相比首次手動(dòng)超聲檢測信號，幅值無明顯變化。

Analysis of Excessive Displays Founded by Ultrasonic Examination on the Reactor Pressure Vessel

QI Dunjie, HUO Shengtao, GUO Liang

(China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Fuqing 350300, China)

Three excessive displays were founded by ultrasonic examination on the reactor pressure vessel during pre-service inspection. In this paper, we analyzed the information of the three displays on the reactor pressure vessel.We also analyzed the possible generating time of the displays through combining manufacturing completion reports and the inspection reports of installation.Subsequently，the root cause of these displays was verified by the chemical composition analysis and comparative tests. This paper made the conclusion that these displays were caused by the limonite concrete.

pre-service inspection; ultrasonic examination; excessive display; nuclear safety

表2 外表面B9-D07(6)可達(dá)部位附著物清除前后手動(dòng)超聲檢查數(shù)據(jù)對比

表3 外表面B9-D07(6)附著物未清除區(qū)域手動(dòng)超聲檢查數(shù)據(jù)對比

2016-07-26

齊敦杰(1984-)，男，工程師,碩士,主要從事核電廠役前和在役檢查技術(shù)管理工作

齊敦杰，qidunjie@126.com

10.11973/wsjc201706010

TG115.28

A

1000-6656(2017)06-0044-04