國和一號(hào)蒸汽發(fā)生器傳熱管外穿渦流檢測(cè)驗(yàn)收要求研究

王華鋒　畢琦　周祥　胡恩義　郭韻

摘? 要： “國和一號(hào)”是我國在引進(jìn)消化吸收AP1000三代核電技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過再創(chuàng)新形成的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、功率更大的大型先進(jìn)非能動(dòng)壓水堆核電型號(hào)?！皣鸵惶?hào)”機(jī)組蒸汽發(fā)生器傳熱管制造階段需要經(jīng)過外穿過式渦流檢測(cè)。該文通過對(duì)傳熱管直管渦流檢測(cè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)研究，結(jié)合ASME與RCC-M等相關(guān)規(guī)范要求的比較，依據(jù)實(shí)際檢查效果，給出了其渦流驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)以及對(duì)比樣管的一些改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：蒸汽發(fā)生器? 直管渦流檢測(cè)? 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)? 國和一號(hào)

中圖分類號(hào)：TL353.13? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

1背景

國和一號(hào)壓水堆核電機(jī)組是在引進(jìn)、消化、吸收第三代先進(jìn)核電AP1000非能動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過自主創(chuàng)新開發(fā)出具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、功率更大的非能動(dòng)大型先進(jìn)壓水堆核電機(jī)組。

蒸汽發(fā)生器是核電廠核島主要設(shè)備，其傳熱管是一回路和二回路的壓力邊界，檢測(cè)要求很高。國和一號(hào)蒸汽發(fā)生器傳熱管在制造過程中，技術(shù)條件要求在直管階段和彎管階段分別進(jìn)行渦流檢測(cè)，且檢測(cè)線圈和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)各不相同。實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)：（1）不同的檢測(cè)頻率會(huì)影響檢測(cè)靈敏度，可能造成驗(yàn)收準(zhǔn)則的不同。（2）用于驗(yàn)收的對(duì)比樣管上的人工缺陷幅值差異較大，選取最小幅值作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，將失去其他人工缺陷驗(yàn)收的作用。

該文一方面通過制作靈敏度試驗(yàn)樣管，比較各頻率下對(duì)于靈敏度樣管上人工缺陷的檢測(cè)靈敏度，選擇頻率/頻段，調(diào)整驗(yàn)收缺陷的尺寸。另一方面，通過對(duì)國和一號(hào)蒸汽發(fā)生器傳熱管直管渦流檢測(cè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，并與其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較來確認(rèn)其驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的合理性，探討對(duì)國和一號(hào)蒸汽發(fā)生器傳熱管直管渦流檢測(cè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改進(jìn)的建議[1-2]。

2 技術(shù)條件與相關(guān)規(guī)范的比較

國和一號(hào)蒸汽發(fā)生器傳熱管（尺寸17.48×1.01 mm，材質(zhì)Inconel 690TT）直管渦流檢測(cè)采用的是單頻、外穿過式線圈方法。

國和一號(hào)設(shè)計(jì)參考ASME規(guī)范，作為一級(jí)部件的蒸汽發(fā)生器傳熱管在制作階段主要參考ASME第三卷（NB-2554），渦流檢測(cè)的要求如下。

（1）有缺陷的產(chǎn)品所產(chǎn)生的缺陷顯示超過標(biāo)準(zhǔn)缺陷顯示時(shí)判為不合格。

（2）標(biāo)準(zhǔn)試樣應(yīng)包括外表面開有切向或周向缺口，此外還應(yīng)有直徑1.59 mm的穿壁孔。

（3）對(duì)鎳基合金材料，應(yīng)在校準(zhǔn)試樣的內(nèi)外表面各開一個(gè)沿周向延伸的缺口，此外還要開一個(gè)直徑1.59 mm的穿壁孔。

（4）校準(zhǔn)缺口的深度不得大于0.10 mm或5%壁厚（取兩者較大值），缺口寬度不得超過1.59 mm，長(zhǎng)度約為小于等25.4 mm。

這些人工缺陷也將用來建立對(duì)產(chǎn)品的判廢標(biāo)準(zhǔn)。

據(jù)此，國和一號(hào)機(jī)組蒸汽發(fā)生器傳熱管檢查技術(shù)條件規(guī)定了相應(yīng)的驗(yàn)收條件，即在直管渦流檢測(cè)對(duì)比樣管上應(yīng)含下列4個(gè)人工缺陷。

（1）內(nèi)外表面均應(yīng)有長(zhǎng)度最大為12.7 mm、深度最大為0.08 mm、寬度最大為1.0 mm的周向槽。

（2）3個(gè)在同一軸向位置沿周向間隔120°分布、直徑不大于0.78 mm、深度不大于0.78 mm的外壁平底孔。

（3）1個(gè)直徑1.59 mm的貫穿單側(cè)管壁的通孔。

應(yīng)記錄大于或等于對(duì)比樣管上4個(gè)人工缺陷（內(nèi)壁槽，外壁槽，平底孔和穿壁孔）中最小幅值的顯示，并拒收。此外，對(duì)比樣管上還應(yīng)有用于調(diào)整檢測(cè)線圈中管子同心度的3個(gè)最大直徑為0.78 mm貫穿單側(cè)管壁的通孔，它們沿周向120°分布且軸向方向分散分布，以避免相互干涉，具體對(duì)比樣管的人工缺陷見圖2。

通過兩者（ASME和國和一號(hào)技術(shù)條件）的對(duì)比，我們不難發(fā)現(xiàn)（1）（3）所述3個(gè)人工缺陷是按照ASME規(guī)范NB-2554設(shè)計(jì)。

另外，（2）中所述的人工缺陷3個(gè)平底孔在NB-2554中雖未提及，但在RCC-M關(guān)于高鎳基合金蒸汽發(fā)生器管部分中規(guī)定“需制作1個(gè)從外表面起鉆的平底孔，其直徑等于深度，平底孔最大直徑根據(jù)管的厚度而變化”，見表1所示。

國和一號(hào)蒸汽發(fā)生器傳熱管壁厚1.01 mm，孔徑適用于0.75 mm，與技術(shù)條件規(guī)定的0.78 mm基本相當(dāng)，只是數(shù)量發(fā)生變化，由1個(gè)變?yōu)?個(gè)。

由于渦流存在趨膚效應(yīng)，內(nèi)外壁靈敏度差，外穿檢測(cè)靈敏度外壁缺陷高于內(nèi)壁缺陷。理論上，同體積量缺陷最小幅值應(yīng)是內(nèi)槽，為此該文在第3節(jié)做了試驗(yàn)驗(yàn)證的論述[3-4]。

3試驗(yàn)分析

技術(shù)條件中未對(duì)于渦流檢測(cè)頻率未作明確規(guī)定，只對(duì)設(shè)備頻響有一般要求。根據(jù)對(duì)于制造廠的調(diào)查，傳熱管制造廠是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇頻率，所選的頻率各不相同。目前國外AP1000蒸汽發(fā)生器傳熱管供貨商有：SANDVIK、住友和VALINOX，其中SANDVIK建議采用的頻率為（100±50）kHz，實(shí)際采用100 kHz和110 kHz，住友采用200 kHz，VALINOX采用10 kHz。而國內(nèi)國和一號(hào)蒸汽發(fā)生器傳熱管供貨商也有兩家，使用的頻率分別是100 kHz和60 kHz。綜合上文所述，采用10 kHz、30 kHz、60 kHz、100 kHz和200 kHz這5個(gè)頻率進(jìn)行試驗(yàn)，分別制作與上述檢測(cè)頻率相適應(yīng)的檢測(cè)線圈。

表2內(nèi)數(shù)值為試驗(yàn)測(cè)得人工缺陷幅值，其中內(nèi)槽統(tǒng)一定義為基準(zhǔn)10V。

試驗(yàn)設(shè)備如下。

（1）儀器：MIZ-80iD渦流儀。

（2）軟件：Eddynet采集及分析軟件、EC-UniWay（Rev 2.2）分析軟件。

（3）探頭：國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司自制渦流探頭HHP-ENC-019.50-10-015A、HHP-ENC-019.50-60-015A和HHP-ENC-019.50-150-015A。

由表3以及相關(guān)試驗(yàn)我們可以得到以下結(jié)論。

（1）外槽、通孔、平底孔3種人工缺陷由于體積當(dāng)量差距較大，造成信號(hào)幅值差距較大，頻率變化造成的影響可以忽略。

（2）由于集膚效應(yīng)造成內(nèi)外壁渦流密度不同，尺寸相同的內(nèi)外槽信號(hào)幅值差距也較大，隨著頻率的降低，兩者差距不斷縮小，但在60 kHz附近達(dá)到臨界，繼續(xù)降低頻率，變化也不大。

（3）在現(xiàn)有技術(shù)條件要求下，不論采用何種頻率進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)品的判廢標(biāo)準(zhǔn)必然為內(nèi)槽，與選用何種頻率進(jìn)行檢測(cè)無直接關(guān)系。

那國和一號(hào)的驗(yàn)收條件究竟處于何種水平，與國內(nèi)外其他標(biāo)準(zhǔn)相比到底是嚴(yán)還是松呢？

前文我們已經(jīng)敘述了RCC-M相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而GB/T 7735《鋼管渦流探傷檢驗(yàn)方法》 B級(jí)規(guī)定的驗(yàn)收條件為直徑0.65 mm的貫穿單側(cè)管壁的通孔，我們做了相應(yīng)的試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比[5-6]。

由表4我們可以得到以下結(jié)論。

（1）單個(gè)0.65 mm通孔信號(hào)幅值小于標(biāo)準(zhǔn)樣管上內(nèi)槽信號(hào)幅值，即GB/T 7735 B級(jí)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)略嚴(yán)。

（2）單個(gè)0.78 mm深度0.78 mm的外壁平底孔幅值小于標(biāo)準(zhǔn)樣管上內(nèi)槽信號(hào)幅值，即RCC-M驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)略嚴(yán)。

（3）同樣，由于集膚效應(yīng)上述3種人工缺陷與內(nèi)槽的幅值差距隨著頻率的降低而逐漸拉大，但在60 kHz附近達(dá)到臨界。

4 結(jié)論

綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)技術(shù)條件在人工缺陷設(shè)計(jì)上雖然滿足ASME規(guī)范，但仍存在一些不合理處，主要以下兩方面：（1）4個(gè)人工缺陷僅一個(gè)內(nèi)壁槽起到驗(yàn)收閾值作用，其他缺陷由于幅值太大，無實(shí)際意義;（2）技術(shù)條件的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與國標(biāo)GB/T 7735及RCC-M相比略低，如頻率較低的話差距會(huì)比較明顯。

由此，針對(duì)以上不合理處，優(yōu)化調(diào)整樣管人工缺陷尺寸，調(diào)整方案具體見表5。

經(jīng)調(diào)整后的對(duì)比樣管，如圖3所示。

經(jīng)調(diào)整后，對(duì)比樣管的人工缺陷進(jìn)一步簡(jiǎn)化，但內(nèi)壁檢測(cè)靈敏度、外壁檢測(cè)靈敏度、周向檢測(cè)靈敏度差都得到了監(jiān)控，各人工缺陷的體積量經(jīng)過調(diào)整相互接近，部分缺陷尺寸參考了GB/T 7735以及RCC-M，與目前國內(nèi)外管材渦流檢測(cè)驗(yàn)收要求相匹配。

參考文獻(xiàn)

[1] 李田，嚴(yán)海，尹芹.RSE-M規(guī)范與ASME規(guī)范Ⅺ卷在役無損檢測(cè)方法對(duì)比分析[J].鋼管，2019，48（6）：70-73.

[2] 王冬冬，王華鋒，郭韻.蒸汽發(fā)生器傳熱管制造階段渦流檢測(cè)缺陷研究[J].無損探傷，2017，41（1）：13-17.

[3] 曾玉華，楊帆，劉輝，等.換熱器傳熱管缺陷的渦流檢測(cè)信號(hào)幅值與深度定量誤差的關(guān)系[J].無損檢測(cè)，2021，43（5）：87-90.

[4] 孟凡江，吳斌，呂云鶴，等.表面劃傷對(duì)690TT合金傳熱管腐蝕行為的影響[J].材料研究學(xué)報(bào)，2021，35（11）：827-834.

[5] 陶于春，李平仁，任尚坤，等.基于概率論的核電傳熱管無損檢測(cè)能力評(píng)估[J].測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2020，34（2）：93-98.

[6] 趙振南.簡(jiǎn)述國內(nèi)外管材渦流檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中的差異[J].黑龍江科學(xué)，2017，8（10）：22-23.

作者簡(jiǎn)介：王華鋒（1986—），男，本科，工程師，從事制造廠換熱管出廠渦流檢測(cè)工作。