作者：张毅
蒸汽发生器(SC)是压水堆核电站一回路承压边界的重要组成部分．其传热管面积占整个一同路承压面积的70%以上。据报道，国外压水堆核动力装置的非计划停堆次数中约25%是由于蒸汽发生器出现故障而造成的。因此，蒸汽发生器传热管的完整性对核电厂的正常运行意义重大。
AP1000机组采用立式、壳形、U型管蒸汽发牛器。每台机组配置2台蒸汽发生器，每台蒸汽发生器配置10 025根传热管，共146排，175列。传热管材质为铟科镍690合金，传热管外径17.48mm．第1和2行传热管壁厚1.04 mm,其他行传热管壁厚1.01 mm。传热管管束总换热面积为11 477 m2．设计堵管率为10%。传热管管束直管段整体高度约9.7 m，弯管区高度约2.5 m。传热管两端穿过管板焊接在管板一次侧堆焊层上，管板全深度液压胀管，以防止腐蚀物沉积。传热管管束之间有10块管束支撑板．材质为ASMESA-240 Type 405。传热管管束弯管区设计6组V型抗振条，材质为ASME SA-479 Type 405。与同内其他压水堆核电站（以CPR1000机组为例）蒸汽发生器相比．AP1000机组蒸汽发生器传热管数量(10 025根)是CPR1000机组蒸汽发生器传热管数量（4 474根）的2倍以上，两者材质均为690(TT)合金，均使用涡流检查的方法实施传热管役前及在役检查、CPR1OOO机组蒸汽发生器传热管束为正方形排列，而APlOOO机组蒸汽发生器传热管束为正三角形排列，热量交换能力更大，换热效果更好。
按照国家核安全法规、ASME规范第XI卷和西屋设计规格书的要求，蒸汽发生器传热管在水压试验后、装料前须执行1 00%的役前检查，其检查结果将作为后续在役检查的对比基准。本文结合某核电站AP1000机组蒸汽发生器传热管役前检查的实施情况，对涡流检查系统、项目实施、检查技术和检查结果进行了介绍．对役前检查结果与制造完工报告中的检查结果进行了分析对比。
1检查系统
1.1 检查系统组成
AP1000机组蒸汽发生器传热管役前检查采用涡流检查方法。涡流检查系统由以下几个部分组成（见图1）：(1) MIZ-XXD涡流仪；(2)XX-IOO机器人及辅助安装系统；(3)音视频系统、网络交换机、控制箱及电源；(4)涡流数据采集系统、分析系统。
XX-100机器人主要用于涡流探头的定位。检查实施期间，通过辅助安装系统将XX-100机器人安装在蒸汽发生器一次侧水室管板上。MIZ-XXD涡流仪用于实现涡流探头的推拔和涡流数据的采集。音视频系统用于实现现场操作平台与采集集装箱之间人员的音视频信息沟通。网络交换机用于现场与采集集装箱之间数据的传输。控制箱及电源用于实现电源及各种操作指令的控制。采集系统用于实现涡流数据的采集控制和各项参数的设置。分析系统用于涡流数据分析。
1.2涡流探头
本次检查使用的探头为BOBBIN探头。探头填充系数为0.80-0.90，直径为(14.30+0.02) mm。1-5排传热管检查时采用专用柔性探头，以防止探头卡死。6-146排传热管采用普通的BOBBIN探头。
同时．本次检查配备了3根旋转探头(MRPC)。MRPC探头能够给出比BOBBIN探头更详细的缺陷类别、尺寸和方向等信息，但其检查速度很慢．一般只用于对缺陷进行定性、定量分析和对传热管的复杂区域进行补充检查。
1.3涡流标定管
标定管采用和被检传热管相同尺寸、材质和热处理工艺的传热管制作，经过计量机构检定，取得检定证书后，用于本次检查标定工作。
标定管上设置100%深度的通孔，80%、60%、40%、20%壁厚深度的平底孔，10%壁厚深度的周向刻槽，模拟支撑板和模拟胀管等反射体。
2项目实施
2.1 先决条件
项目实施的先决条件包括：
(l)现场操作平台搭建完成。在蒸汽发生器一次侧人孔下方1.5。处搭建一个4 mx4 m的操作平台．用于放置检查设备。
(2)检查设备及集装箱吊装就位。MIZ-XXD涡流仪、音视频系统、网络交换机、控制箱及电源布置在蒸汽发生器隔间内一次侧入孔下方操作平台上。涡流数据采集系统、分析系统位于核岛厂房外部的集装箱内。
(3)蒸汽发生器一次侧人孔打开，水室内管嘴进行临时封堵，水室堆焊层表面铺覆成分合格的胶皮。
(4)现场提供电源接口、气源接口和充足的照明。
(5)工作文件准备完成。
(6)人员资质、设备有效性审核完成。人员通过电站授权培训，考试合格。
(7)蒸汽发生器传热管无损检测技术通过能力验证
(8)工前会已召开。
2.2 项目实施风险及预防措施
在项目实施前对项目实施的风险源进行了充分辨识．制定了预防措施。本项目最主要的风险源包括：涡流探头在传热管内部卡死、XX-100机器人从管板上坠落砸伤蒸汽发生器水室堆焊层。为防止上述两个重大风险发生，制定了如下预防措施。
2.2.1 防止涡流探头卡死
AP1000蒸汽发生器传热管设计堵管率为10%。为防止涡流探头在传热管内部卡死导致需要进行堵管．制定如下措施：
(1)对涡流探头尺寸进行测量，排除尺寸偏差较大的探头。直径为( 14.30+0.02) mm的涡流探头可用于本次检查。
(2) 1-5排传热管弯管区域弯度较大，普通涡流探头经过该区域时易发生探头卡死，因此，选用专用柔性探头从传热管冷端和热端，分2次对1-5排传热管进行涡流检查。
(3) 1-5排传热管检查探头速度设置为300mm/s：6-146排传热管检查探头速度设置为600-900 mm/s。
(4)项目实施前，编制了探头卡死应急预案，包括取出卡死探头预案和传热管堵管预案。
2.2.2 防止机器人坠落砸伤水室堆焊层
XX-100机器人通过7个“气动管板趾”吸附在蒸汽发生器管板上。为防止机器人坠落砸伤水室堆焊层．制定如下措施：
(1)要求XX-100机器人厂家技术支持人员在现场提供技术支持。检查实施前，向技术支持人员进一步了解机器人工作原理及使用注意事项。
(2)在蒸汽发生器水室内部敷设胶皮，防止机器人坠落砸伤水室堆焊层。胶皮的成分满足设计规范书的要求。
(3)为本项目提供独立的、可靠的电源和气源。
2.3经验反馈
除上述风险分析及预防措施外，为保证检查的顺利实施，还开展了如下几方面安全管理工作：
(l)合理使用“三段式交流”、“程序执行状态标记”、“不确定时停止”、“明星白检”等防人因工具，避免了人因事件的发生。
(2)聘请核电站役前及在役检查经验丰富的人员实施第三方监督。
(3)项目实施期间，组织人员定期进行安全措施巡检。
3检查技术
3.1 检查参数设置
检查设置探头速度为600-900 mm/s（内排传热管由于弯度较大，故探头速度设置为300 mm/s）。采样率为1 800点／s。
如表1所示，采集信息使用5个绝对通道(通道Ch.2/Ch.4/ Ch.6/Ch．8/Ch．10)、5个差分通道(通道Ch.l/Ch．3／Ch．5/Ch．7/Ch.9)和2个混频通道（通道P1/P2)，确定5种频率(分别为900 kHz/630 kHz/320 kHz/160 kHz/35 kHz)。其中，900 kHz主要用于发现传热管内表面缺陷：320 kHz主要用于发现自由段缺陷；630 kHz主要用于自由段缺陷的定量；160 kHz主要用于发现外壁打磨痕迹：35 kHz为定位通道，也可用于后续在役检查阶段测量管板泥渣的高度：320/160 kHz混频主要用于磨损类缺陷的判定：630/160 kHz混频主要用于非磨损类缺陷的判定。
数据标定过程中，在差分通道调通孔信号相位角为40。，绝对通道将信号调到左上角．调噪声信号为水平，差分通道调80%满屏．绝对通道调20%满屏，低频通道调支撑板信号。
此外，本次检查幅值设定是在通道Ch.3上将4个20%的平底孔信号定义为4 V.并应用于其他通道。根据ASME-V-II-860.3.1．也可将4个1 00%通孔信号定义为6V来设定幅值。
3.2数据采集
数据采集准备工作和系统标定完成后，开始数据采集。每组数据采集开始前应采集并保存3次标定管信号。检查每根传热管前．记录所检查管子的坐标号，检查范围为管子全长。
如发生下述情况，应对数据采集系统进行重新标定，并记录标定数据：
(1)每个数据标定组的开始及结束：
(2)连续工作4h后：
(3)更换探头或涡流仪后：
(4)采集人员进行换班的前后：
(5)怀疑检测系统有问题时。
3.3 数据分析及记录标准
数据采集完成后，用分析软件对每根传热管的涡流信号进行幅值和相位角的分析．，幅值判定缺陷的体积，相位角确定缺陷的深度。不同的缺陷类型采用不同的主检测频率通道和相应的混频通道进行，其他通道作为参考，用于辅助判断。
AP1000蒸汽发生器传热管涡流检查发生如下情况是不能接受的：
(1)壁厚损失大于等于40%壁厚：
(2)可识别的所有周向裂纹显示：
(3)存在涡流探头不可达区域的传热管：
(4)营运单位或国家核安全监管部门有特殊要求时，超出这些要求的传热管。
此外，传热管幅值信号达到表2中的阈值要求时，需录入检查报告。
本次传热管涡流检查采取3次数据分析的方式：一次分析、二次分析、决议分析。一次和二次分析由分析人员独立进行分析，分析结果由决议分析人员最终确认，以确保数据分析结果的可靠性。
4役前检查结果与制造完工报告的对比分析
4.1 役前检查结果
本次检查，发现2台蒸汽发生器有24根传热管存在凹痕( DNT)信号，23根传热管存在肿胀(凸痕、BLG)信号。凹痕信号发生在支撑板或抗振条的上下方位置．可能是由于蒸汽发生器装箱运输、传热管穿管或热处理过程中产生的制造信号。肿胀信号发生在传热管胀管区域，是由于管板钻孔偏差而导致传热管过胀产生的制造信号。上述两类信号只是幅值达到了记录阈值，相位角未发生变化，未发生壁厚减薄，满足验收标准。全部传热管未发现超过验收阈值的缺陷信号。
4.2 出厂检查情况
蒸汽发生器传热管在传热管制造厂出厂前进行了全管涡流检查。按照验收标准，不合格的传热管报废。传热管运输到蒸汽发生器制造厂，进行传热管穿管、胀管等工序完成后，制造厂对传热管胀管区域进行了轮廓检查（涡流检查方法）。此外．热处理前后，选取外围50根传热管进行了全管涡流检查．以验证热处理工序是否对传热管的质量产生影响（主要是验证热处理过程中，支撑板与传热管之问的间隙是否发生变化而产生外表面凹痕）。
4.3役前检查结果与制造完工报告的分析对比
以一台蒸汽发生器为例，本次役前检查共发现9处达到记录阈值的凹痕信号，并在管板区域发现4个肿胀信号，如表3所示。
4.3.1 凹痕显示(DNT)
根据表2中关于记录阈值的规定，幅值大于等于2V的DNT信号需要记录。如表3所示，本次检查在9根传热管上发现了9处凹痕显示。凹痕显示的位置分布在热侧第2、9、10个支撑板的上方，冷侧第5、10个支撑板的上方，以及第4组抗振条的下方。
图2给出了无DNT显示信号和有DNT显示信号的涡流检查图谱对比。有DNT显示的传热管的相位角为170°-180°，证明其壁厚几乎没有变化，、与图2 a）相比，图2b）巾在支撑板(09H)上方多出了一个波形，为典型的DNT信号波形。由此可见．该传热管在第9根支撑板上方730.26 mm处，外壁向内发生了凹陷，但壁厚没有发生变化。
根据传热管出厂涡流检查程序，传热管制造厂将出厂检查时凹痕的判废阈值设定为0.5 V。幅值大于等于0.5 V的传热管报废，幅值小于0.5 V的传热管能够出厂用于蒸汽发生器的制造。这一验收标准比役前检查的验收标准要严格。而本次役前检查发现的9处凹痕显示，可能是由于蒸汽发生器装箱运输、传热管穿管或热处理过程中产生的。此外，对比了制造阶段蒸汽发生器热处理前后抽取的外围50根传热管的涡流检查数据和本次役前检查结果．这50根传热管的m厂检查结果与役前检查结果相吻合，均未发现凹痕显示，、
4.3.2肿胀显示(BIG)
根据表2中关于记录阈值的规定，幅值大于等于10 V的BLG信号需要记录。如表3所示，本次检查在4根传热管上发现了4处肿胀显示。肿胀显示位置均在管板区域的胀管位置。图3a）是肿胀位置距离管口较远的涡流图谱显示，图3b)是肿胀位置距离管口较近的涡流图谱显示。图3 b)巾画圈部分为传热管管口信号的波形。实际检查过程中，由于管口信号幅值很大，肿胀信号幅值较小，且两者信号距离很近，此处的肿胀信号往往不容易被区分出来，需要数据分析人员具备丰富的数据分析经验，方可有效地识别出管口位置处的肿胀信号。此外，从图3中的相位角可以看出．BLG信号显示处的相位角为0°或360°．其壁厚也没有发生变化。
为 了验证涡流检查结果的准确性，采用内窥镜对有BLG信号的传热管进行了内表面目视检查。图4a）是没有BLG信号显示的传热管胀管区域的内表面目视检查图片，图4 b）是有BLG信号显示的传热管胀管区域的内表面目视检查图片．从图中能够清晰地看出传热管内表面外凸形貌．该处肿胀是传热管一圈都发生了肿胀。传热管胀管区域发生肿胀的主要原因可能是管板镗孔时．产生加工误差，使管板上的孔径发生局部的变化．胀管时造成传热管向外凸出的现象。
制造阶段，蒸汽发生器传热管穿管、胀管等工序完成后，制造厂对传热管胀管区域进行了轮廓检查，共计检查出4根传热管胀管区域存在肿胀现象，与本次役前检查结果相符。图5是制造厂对胀管区域某一传热管进行轮廓检查的曲线示意。由图5可看出，该传热管在距离管口160 mm处，存在外凸，与表3中的“R11、C11”号传热管役前检查结果相符。
5结语
按照国家核安全法规、ASME规范第XI卷和西屋设计规格书的要求，对某核电站AP1000蒸汽发生器传热管实施了役前检查（涡流检查）。检查发现极少量传热管存在凹痕、肿胀显示，显示处壁厚没有发生变化，只是管壁的状态发生了内凹或外凸，不属于质量缺陷，是由于制造加工过程中造成的。此外，通过将本次役前检查结果与完工报告的检查结果进行对比分析，两者结果相符．蒸汽发生器传热管质量满足役前检查验收标准。
4摘 要：
为验证某核电站APIOOO机组蒸汽发生器传热管的制造质量，按照国家核安全法规、ASME规范第XI卷和西屋设计规格书的要求，在蒸汽发生器水压试验之后、装料之前，采用涡流检查的方法对全部传热管执行1 00%的役前检查。结合蒸汽发生器传热管役前检查的实施情况，对涡流检查系统、项目实施、检查技术和检查结果进行了阐述。检查发现．2台蒸汽发生器共有24根传热管存在凹痕信号．23根传热管存在肿胀信号（均满足验收标准）．其余传热管无可记录信号。此外，还对本次役前检查结果与制造完工报告进行了分析对比．役前检查结果与制造完工报告一致。
