CPR1000核島主設(shè)備建造的無損檢測與役前檢查

張 進(jìn)，唐 亮，董義令，吳偉幫

(中廣核工程有限公司，深圳 518124)

為保證核電站安全可靠地運(yùn)行，需在核島主設(shè)備建造階段采用合適的無損檢測技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能影響設(shè)備質(zhì)量的缺陷，保證設(shè)備性能滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，需在核電站運(yùn)行階段，采用通過能力驗(yàn)證的無損檢測技術(shù)對(duì)核島主設(shè)備的重要部位進(jìn)行役前檢查(PSI)和在役檢查(ISI)，監(jiān)督設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以確保其在電站壽期內(nèi)能正常執(zhí)行其功能。

中國改進(jìn)型百萬千瓦級(jí)(1 000 MW)三環(huán)路壓水堆核電技術(shù)方案CPR1000核島主設(shè)備主要包括反應(yīng)堆壓力容器(RPV)、蒸汽發(fā)生器(SG)、穩(wěn)壓器(PZR)和主管道(MCL)等，其建造無損檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行RCC-M(2000版+2002補(bǔ)遺)，役前檢查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行RSE-M(1997版+2000補(bǔ)遺)，兩個(gè)規(guī)范的檢查目的和適用階段均不同，檢查要求存在差異。役前檢查采用與在役檢查相同的檢測設(shè)備和技術(shù)方法，役前檢查結(jié)果作為此后在役檢查的“零點(diǎn)”。在國內(nèi)工業(yè)實(shí)踐過程中，役前檢查還包括對(duì)設(shè)備建造質(zhì)量進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)的要求，目前慣用的做法是直接采用建造階段的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收役前檢查數(shù)據(jù)。由于役前檢查在檢測設(shè)備、技術(shù)方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面與建造階段的無損檢測存在不同，所以制造安裝階段驗(yàn)收合格的缺陷在役前檢查階段出現(xiàn)評(píng)價(jià)超標(biāo)的工程問題時(shí)有發(fā)生[1]。每一例工程問題的處理均受到監(jiān)管部門和行業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注，均耗費(fèi)了大量的人力和物力，甚至制約了工程節(jié)點(diǎn)的按期實(shí)現(xiàn)。因此，筆者開展了核島主設(shè)備無損檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，制定了工程可行的解決方案。

1 方法分析

通過對(duì)比核島主設(shè)備超聲檢測、射線檢測等檢測方法的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)全面地分析了核島主設(shè)備建造階段的無損檢測與役前檢查差異，并將主要差異內(nèi)容歸類為以下3種情況。

(1) 有差異,無影響。建造階段無損檢測與役前檢查要求存在差異，但建造階段無損檢測要求可覆蓋役前檢查要求，不會(huì)有建造無損檢測與役前檢查檢測結(jié)果不一致的情況發(fā)生。

(2) 有差異,不具備可比性。建造無損檢測與役前檢查要求存在差異，但建造無損檢測與役前檢查檢測的目的和關(guān)注點(diǎn)均不相同，檢測方法或內(nèi)容也不一致，技術(shù)上不具備可比性。

(3) 有差異,可能有影響。建造無損檢測與役前檢查要求存在差異，且可能會(huì)導(dǎo)致建造無損檢測與役前檢查檢測結(jié)果不一致的情況，需針對(duì)差異項(xiàng)，制定解決方案。

2 差異梳理及差異項(xiàng)分析

2.1 差異梳理

通過對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[2]、設(shè)計(jì)文件、建造無損檢測程序和役前檢查程序中關(guān)于建造無損檢測與役前檢查的要求，對(duì)RPV、SG、PZR和MCL等核島主設(shè)備的“有差異、可能有影響”差異項(xiàng)進(jìn)行了梳理，梳理結(jié)果如表14所示。SG管板一、二次側(cè)環(huán)焊縫及R區(qū)超聲檢測區(qū)域如圖1所示，PZR下封頭與筒體焊縫超聲檢測區(qū)域如圖2所示，SG接管安全端與主管道焊縫射線透照如圖3所示。

表1 RPV主要差異項(xiàng)

表2 SG主要差異項(xiàng)

表3 PZR主要差異項(xiàng)

表4 MCL主要差異項(xiàng)

圖1 SG管板一、二次側(cè)環(huán)焊縫及R區(qū)超聲檢測區(qū)域示意

圖2 PZR下封頭與筒體焊縫超聲檢測區(qū)域示意

圖3 SG接管安全端與主管道焊縫射線透照示意

2.2 差異項(xiàng)分析

(1) 檢測范圍：由于母材與焊縫的檢測與驗(yàn)收要求不同，役前檢查階段的焊縫檢測范圍擴(kuò)大后，建造階段按母材標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收合格的缺陷在役前檢查階段按焊縫驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)被評(píng)定為不合格。

(2) 記錄水平：役前檢查階段記錄水平要求較高，其目的是記錄盡可能多的缺陷，便于在役期間跟蹤比較缺陷的相對(duì)變化；但在缺陷評(píng)定時(shí)，如將這類顯示參與累計(jì)，將可能導(dǎo)致顯示長度超標(biāo)。

(3) 顯示尺寸測量方法：役前和在役檢查階段采用噪聲法，主要關(guān)注缺陷尺寸的相對(duì)變化；而建造階段規(guī)定的最大回波衰減6 dB法(-6 dB法)的主要關(guān)注點(diǎn)是設(shè)備建造質(zhì)量。由于兩者使用的測長方法不同，有可能導(dǎo)致尺寸符合建造階段驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求的缺陷，在役前檢查階段被評(píng)定為長度超標(biāo)。-6 dB法與噪聲法缺陷測量尺寸差異如圖4所示。

圖4 -6 dB法與噪聲法缺陷測量尺寸差異

(4) 相鄰缺陷累計(jì)：由于建造與役前檢查階段的顯示尺寸測量方法不一致，采用噪聲法測量的單個(gè)缺陷顯示的長度大于-6 dB法測量的，導(dǎo)致役前檢查階段可能出現(xiàn)單個(gè)缺陷顯示長度增加、相鄰缺陷顯示間距變小的情況，進(jìn)而滿足累計(jì)規(guī)則導(dǎo)致長度超標(biāo)。另外，役前檢查階段記錄的靈敏度高于建造階段的，記錄了一些當(dāng)量幅值較低的顯示，這些缺陷如參與累計(jì)也可能會(huì)導(dǎo)致長度超標(biāo)。-6 dB法與噪聲法對(duì)缺陷累計(jì)的影響比較如圖5所示。

圖5 -6 dB法與噪聲法對(duì)缺陷累計(jì)的影響比較

(5) 記錄靈敏度及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：RSE-M規(guī)范并未規(guī)定役前檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮建造與役前檢查階段的檢測范圍、顯示尺寸測量方法、累計(jì)規(guī)則和檢測靈敏度等差異的影響，如役前檢查階段噪聲法采集的數(shù)據(jù)按RCC-M規(guī)范驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定，可能出現(xiàn)制造階段檢測合格，而在役前檢查階段評(píng)定超標(biāo)的情況。

(6) 射線源及增感屏：役前檢查采用的Ir192及鉛增感屏的成像質(zhì)量要優(yōu)于建造階段采用的Co60及不銹鋼增感屏的，對(duì)缺陷的細(xì)節(jié)能夠更好地顯示，可能會(huì)出現(xiàn)建造階段評(píng)定合格的缺陷，在役前檢查階段評(píng)定為不合格。

(7) 射線透照角度：射線透照角度對(duì)面狀缺陷的檢出存在影響，對(duì)于SG接管安全端與主管道焊縫，役前檢查階段相對(duì)于建造階段增加了偏移中心透照，可能會(huì)檢出建造階段未檢出的缺陷。

3 典型案例分析

某CPR1000核電站反應(yīng)堆壓力容器的役前檢查階段進(jìn)行超聲檢測時(shí)，標(biāo)號(hào)為H3的出口接管與法蘭接管段筒體焊接接頭發(fā)現(xiàn)一處“超標(biāo)”缺陷顯示，缺陷性質(zhì)為體積型，反射波幅為φ2 mm-2.3 dB，長度約為66.6 mm，不滿足RCC-M S7714.4驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的60 mm驗(yàn)收限值。該焊接接頭制造階段在進(jìn)行中間消除應(yīng)力熱處理后,最終消除應(yīng)力熱處理后和工廠水壓試驗(yàn)后，采用手動(dòng)方法從容器內(nèi)、外壁以及接管內(nèi)壁沿垂直于和平行于焊縫方向進(jìn)行掃查，檢測結(jié)果均為合格。同時(shí)，制造單位按照RCC-M規(guī)范及設(shè)計(jì)文件的要求對(duì)該處缺陷顯示進(jìn)行了超聲檢測復(fù)核，復(fù)核結(jié)果表明該缺陷滿足RCC-M規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。制造階段要求記錄反射波幅達(dá)到φ2 mm-6 dB的缺陷顯示，尺寸測量采用-6 dB法。而PSI階段僅采用自動(dòng)檢查設(shè)備對(duì)出口接管內(nèi)壁垂直于焊接接頭進(jìn)行掃查，PSI階段要求記錄反射波幅達(dá)到φ2 mm-12 dB的缺陷顯示，對(duì)反射波幅達(dá)到φ2 mm-6 dB的缺陷顯示要求進(jìn)行尺寸測量，尺寸測量采用“噪聲法”。

通過分析，可以看出上述焊接接頭在PSI階段與制造階段的超聲檢測結(jié)果不一致，這是因?yàn)镻SI階段與制造階段缺陷顯示的尺寸測量方法及累計(jì)要求不同：制造廠采用RCC-M規(guī)范規(guī)定的顯示尺寸測量方法和累計(jì)要求，即“-6 dB法”。另外，只有達(dá)到RCC-M規(guī)定的記錄閾值的單個(gè)缺陷顯示參與累計(jì)；PSI則采用更加保守的尺寸測量方法和累計(jì)要求，即“噪聲法”和所有可識(shí)別的缺陷顯示均參與累計(jì)。

RCC-M規(guī)范完整規(guī)定了缺陷顯示的記錄閾值、尺寸測量方法、鄰近缺陷顯示的累計(jì)要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；而RSE-M規(guī)范雖然規(guī)定了缺陷顯示的記錄閾值，以及需進(jìn)行缺陷顯示尺寸測量的測量閾值及測量方法，但并未給出役前檢查缺陷顯示的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)役前檢查缺陷顯示進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)價(jià)應(yīng)采用RCC-M規(guī)范。同時(shí)，采用RCC-M規(guī)范規(guī)定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)配套采用RCC-M規(guī)范規(guī)定的尺寸測量方法。

因此，按照RCC-M規(guī)范(2000版+2002年補(bǔ)遺)及原設(shè)計(jì)要求的規(guī)定對(duì)該缺陷顯示進(jìn)行了評(píng)定，最終評(píng)定結(jié)果為合格，檢測單位采用噪聲法獲得的缺陷顯示測量數(shù)據(jù)可作為在役檢查的“零點(diǎn)”使用。該分析結(jié)論得到設(shè)計(jì)院、制造廠、役前檢查單位、業(yè)主和國家核安全局以及國內(nèi)同行專家的一致認(rèn)可[3]。

4 技術(shù)改進(jìn)方案

4.1 建造補(bǔ)充檢測

基于RCC-M規(guī)范和制造安裝單位的實(shí)施條件，參考RSE-M規(guī)范和役前檢查要求，在合理可行的前提下改進(jìn)制造或安裝檢測要求，在設(shè)備制造和安裝過程中建議采取以下改進(jìn)措施加強(qiáng)質(zhì)量控制。

(1) RPV、SG、PRZ本體環(huán)焊縫超聲檢測：① 記錄水平調(diào)整為≥φ2 mm-12 dB，對(duì)異種金屬焊縫，可在保證信噪比滿足要求的前提下，盡可能提高記錄靈敏度，但不能低于φ2 mm-6 dB；② 檢測中發(fā)現(xiàn)的缺陷，應(yīng)采用不同角度探頭(35°70°)，在所有可能的檢查表面對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充檢測，并以最嚴(yán)重的檢測結(jié)果作為缺陷的最終評(píng)定依據(jù)。

(2) RPV、SG進(jìn)出口安全端異種金屬焊縫射線檢測通用要求為：Co60 射線源檢測出缺陷時(shí)，采用Ir192射線源進(jìn)行補(bǔ)充檢測。

(3) SG、PRZ和MCL的其他補(bǔ)充檢測方案見表5。

表5 SG、PRZ和MCL的其他補(bǔ)充檢測方案

4.2 役前檢查顯示評(píng)定優(yōu)化

PSI用于建立后續(xù)ISI的“零點(diǎn)”，檢測結(jié)果作為后續(xù)ISI的參考，不同于建造階段的無損檢測。PSI采用與ISI相同的技術(shù)方法，部分檢查項(xiàng)目采用了不同于建造階段的無損檢測方法和檢測靈敏度，該類檢查項(xiàng)目的檢查結(jié)果僅應(yīng)作為后續(xù)ISI的參考。

役前檢查顯示評(píng)定優(yōu)化建議如下所述。

(1) 超聲檢測：缺陷評(píng)定時(shí)，需采用RCC-M規(guī)范所配套的缺陷測量方法和累計(jì)規(guī)則，即采用最高回波衰減6 dB法測得的顯示尺寸數(shù)據(jù)；同時(shí),由于焊縫、母材和堆焊層各自的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)均存在差異，顯示評(píng)定時(shí)應(yīng)進(jìn)行分區(qū)評(píng)定，即焊縫、母材、堆焊層分別按各自的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。

(2) 射線檢測：鑄件焊縫鄰近區(qū)域的缺陷，如經(jīng)證實(shí)該缺陷屬焊接前的鑄造缺陷且未受焊接操作的影響，即該母材鑄造缺陷在焊接前后無變化，則該焊縫臨近區(qū)域的母材鑄造缺陷應(yīng)按照原材料采購標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。

5 結(jié)語

對(duì)于役前檢查缺陷的評(píng)定，在建造階段同樣開展的且與役前檢查階段檢查要求相當(dāng)?shù)臋z測項(xiàng)目，按原設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，確保役前檢查缺陷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與建造階段要求保持一致；對(duì)于建造階段不開展的且役前檢查階段無法按照建造階段要求進(jìn)行復(fù)核的檢測項(xiàng)目，重點(diǎn)關(guān)注的是服役期間新產(chǎn)生的缺陷，其驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)制定為不允許存在該類型缺陷。特殊地，對(duì)于役前檢查階段所發(fā)現(xiàn)的“疑似超標(biāo)缺陷”，如有可能，應(yīng)與建造階段的檢測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析，并采用建造階段的要求(RCC-M 規(guī)范)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，如滿足建造階段要求，則應(yīng)判定該缺陷合格。