孔玉瑩,陸　吉,馬　強(qiáng)

(中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司， 蘇州 215021)

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蒸汽發(fā)生器傳熱管防振條的渦流信號(hào)

孔玉瑩,陸吉,馬強(qiáng)

(中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司， 蘇州 215021)

摘要：蒸汽發(fā)生器U型傳熱管在彎管段設(shè)有防振條，用于支撐管束并避免不可接受的流致振動(dòng)或微振動(dòng)引發(fā)的磨損。介紹了55/19B型蒸汽發(fā)生器傳熱管防振條易出現(xiàn)的偏移、錯(cuò)位、扭轉(zhuǎn)等問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題，利用渦流檢測(cè)方法對(duì)相應(yīng)的防振條信號(hào)進(jìn)行分析，并得出各渦流信號(hào)的特點(diǎn)。結(jié)果表明，通過(guò)渦流檢測(cè)方法，可檢測(cè)出蒸汽發(fā)生器傳熱管防振條的偏移、錯(cuò)位、扭轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：防振條;偏移;錯(cuò)位;扭轉(zhuǎn)

CPR1000機(jī)組蒸汽發(fā)生器(55/19B型)傳熱管為一回路壓力邊界，在彎管區(qū)設(shè)置了三組對(duì)稱放置的防振條組件，包含防振條、抗振環(huán)、保持條和防振條短節(jié)，以支撐彎管區(qū)的傳熱管，增加彎管區(qū)傳熱管剛度，提高傳熱管固有頻率，以限制在正常運(yùn)行工況下傳熱管束流致振動(dòng)以及振動(dòng)引起的不可接受的微振磨損，保證傳熱管壓力邊界在壽期內(nèi)的完整性[1-3]。

役前及在役檢查期間，ASME及RSEM規(guī)范均要求對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管進(jìn)行渦流檢測(cè)。由于渦流的透入深度[4]，對(duì)外部支撐結(jié)構(gòu)如支撐板、分流板及防振條等的信號(hào)在低頻通道上均有明顯的響應(yīng)。針對(duì)55/19B型蒸汽發(fā)生器傳熱管防振條出現(xiàn)的偏移、錯(cuò)位、扭轉(zhuǎn)等問(wèn)題，筆者采用西班牙TECNATOM公司生產(chǎn)的TEDDY+渦流儀和T-PU2推拔器，利用低頻通道上渦流探頭對(duì)防振條的響應(yīng)，對(duì)渦流檢驗(yàn)中涉及的防振條渦流信號(hào)進(jìn)行分析。

1防振條偏移

圖1　CPR1000機(jī)組防振條分布示意

CPR1000機(jī)組蒸汽發(fā)生器傳熱管U型彎管段，采用3組對(duì)稱放置的V型防振條提供支撐以防止其出現(xiàn)振動(dòng)，標(biāo)識(shí)號(hào)從靠近熱側(cè)第9塊支撐板起分別為AV1、AV2、AV3、AV4、AV5、AV6(見(jiàn)圖1)，設(shè)計(jì)上要求防振條的對(duì)稱度為20 mm,并在運(yùn)行過(guò)程中保持穩(wěn)定。正常情況下，三組防振條對(duì)稱分布，每組防振條與相應(yīng)第九支撐結(jié)構(gòu)的距離應(yīng)一致，即09H-AV1與09C-AV6(第一組)、09H-AV2與09C-AV5(第二組)、09H-AV3與09C-AV4(第三組)的弧長(zhǎng)距離應(yīng)一致。由于55/19B型蒸汽發(fā)生器防振條組件自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),及傳熱管與防振條之間的間隙距離過(guò)大或其他原因，整組防振條往冷側(cè)或熱側(cè)發(fā)生移動(dòng)，從而使上述支撐結(jié)構(gòu)之間的距離不一致，即為防振條發(fā)生偏移(見(jiàn)圖1)。

由于低頻通道上渦流信號(hào)對(duì)防振條有明顯的響應(yīng)，渦流信號(hào)長(zhǎng)條圖上兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)之間的距離即為實(shí)際傳熱管上兩支撐結(jié)構(gòu)件的弧長(zhǎng)距離，因此可利用渦流信號(hào)判定防振條是否發(fā)生偏移。圖2為55/19B型蒸汽發(fā)生器傳熱管彎管區(qū)的BOBBIN(繞軸式)探頭檢測(cè)信號(hào)示例。從信號(hào)上可看出，圖2(a)中三組防振條與相應(yīng)第九支撐結(jié)構(gòu)的距離一致，即防振條未發(fā)生偏移；圖2(b)中AV2AV3之間的弧長(zhǎng)距離明顯大于AV4AV5之間的弧長(zhǎng)距離。結(jié)合圖1中的防振條分布圖，可判定第三組防振條往冷側(cè)發(fā)生偏移。由于防振條發(fā)生的偏移具有整體性，因此實(shí)際檢查中，應(yīng)核實(shí)該組防振條影響到的傳熱管，若所有傳熱管均有偏移信號(hào)，即可確認(rèn)為防振條發(fā)生了整體偏移。

圖2　傳熱管彎管區(qū)防振條BOBBIN探頭檢測(cè)信號(hào)示例

利用渦流BOBBIN信號(hào)計(jì)算偏移距離，可采用公式弧長(zhǎng)距離=采樣點(diǎn)數(shù) / 數(shù)字化速率進(jìn)行。其中兩支撐結(jié)構(gòu)間的采樣點(diǎn)數(shù)可通過(guò)BOBBIN數(shù)據(jù)讀出。而對(duì)于數(shù)字化速率，可采用彎管段理論弧長(zhǎng)與實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)算得出；但由于不同管排之間的傳熱管曲率半徑不同、傳熱管內(nèi)壁烘干狀態(tài)不同、檢查時(shí)使用不同長(zhǎng)度的導(dǎo)管等原因，渦流探頭在彎管區(qū)存在一定的阻力，導(dǎo)致回拉速度會(huì)有一定程度的不均勻，即不同的傳熱管其數(shù)字化速率不同，同一根傳熱管不同區(qū)域的數(shù)字化速率也不同，因此該方法計(jì)算的弧長(zhǎng)結(jié)果存在一定的誤差。

2防振條錯(cuò)位

對(duì)于同一根傳熱管，正常情況下上下兩根防振條應(yīng)位于同一軸向位置。當(dāng)防振條下插深度不一致或其他原因?qū)е律鲜鰞筛勒駰l出現(xiàn)軸向位置差的現(xiàn)象，即為防振條發(fā)生錯(cuò)位。

圖3　試驗(yàn)用設(shè)備、樣管與探頭

圖4　防振條設(shè)計(jì)圖及錯(cuò)位試驗(yàn)擺放示意

為分析渦流探頭對(duì)防振條錯(cuò)位信號(hào)的影響，在傳熱管彎管處上下各放置一段與CPR1000機(jī)組相同的防振條，位置無(wú)錯(cuò)位(錯(cuò)位0 mm)至完全錯(cuò)位即11 mm(見(jiàn)圖3，4)，分別采用BOBBIN探頭和MRPC(旋轉(zhuǎn))探頭進(jìn)行試驗(yàn)，分析兩種探頭的信號(hào)特征及檢測(cè)靈敏度。圖5為采用BOBBIN探頭進(jìn)行錯(cuò)位試驗(yàn)得到的渦流信號(hào)。結(jié)果表明，未發(fā)生錯(cuò)位時(shí)，由于BOBBIN探頭信號(hào)綜合反映同一周向信息，因此上下兩段防振條在BOBBIN探頭上為混合信號(hào)，無(wú)法獨(dú)立顯示兩根防振條的信號(hào)。當(dāng)上下兩段防振條錯(cuò)位至一定距離時(shí)，BOBBIN探頭可分別檢測(cè)到上下兩段防振條的信號(hào)，即對(duì)錯(cuò)位信號(hào)有響應(yīng)。在檢查靈敏度方面，當(dāng)錯(cuò)位6 mm時(shí)，BOBBIN探頭可在低頻通道上觀察到錯(cuò)位信號(hào)。

圖5　采用BOBBIN探頭進(jìn)行錯(cuò)位試驗(yàn)得到的渦流信號(hào)

圖6　采用MRPC探頭進(jìn)行錯(cuò)位試驗(yàn)得到的渦流信號(hào)

圖6為采用MRPC探頭進(jìn)行錯(cuò)位試驗(yàn)得到的渦流信號(hào)。結(jié)果表明，由于MRPC探頭在檢查時(shí)為螺旋式運(yùn)動(dòng)，因此能很好地反映周向信息；未發(fā)生錯(cuò)位時(shí)，在三維圖上即可獨(dú)立顯示上下兩段防振條信號(hào)。當(dāng)錯(cuò)位2 mm時(shí)，可在低頻通道上觀察到兩段防振條處于不同的軸向位置，檢測(cè)靈敏度高于BOBBIN探頭。

圖8　不同探頭檢測(cè)防振條扭轉(zhuǎn)的渦流信號(hào)

3防振條扭轉(zhuǎn)

正常情況下，傳熱管與防振條之間的間隙距離是一定的。如若傳熱管與防振條的間隙距離過(guò)大或存在其他原因時(shí)，可能導(dǎo)致防振條發(fā)生扭轉(zhuǎn)，即產(chǎn)生傳熱管與防振條之間的間隙距離不等(見(jiàn)圖7)的情況。

圖7　防振條扭轉(zhuǎn)示意及實(shí)物擺放

為分析渦流探頭對(duì)防振條錯(cuò)位信號(hào)的影響，在傳熱管彎管處上下各放置一段與CPR1000機(jī)組相同的防振條，A側(cè)與傳熱管水平接觸，B側(cè)與傳熱管呈一定扭轉(zhuǎn)角(見(jiàn)圖7)，分別采用BOBBIN探頭和MRPC探頭進(jìn)行試驗(yàn)以分析其信號(hào)的特征。

圖8分別為BOBBIN探頭和MRPC探頭扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的渦流信號(hào)。結(jié)果表明，對(duì)于BOBBIN探頭，由于反應(yīng)的是周向綜合信息，從相位角和電壓幅值兩個(gè)參數(shù)中無(wú)法判斷防振條是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)；而MRPC探頭則能顯示防振條的三維信息，可以清楚地分辨兩側(cè)防振條是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)。傳熱管與防振條之間的間隙距離與渦流信號(hào)電壓幅值間呈單調(diào)下降關(guān)系。當(dāng)防振條發(fā)生一定程度扭轉(zhuǎn)時(shí)，由于一側(cè)防振條與傳熱管間隙距離變大，相應(yīng)的電壓幅值將減小，三維圖軸向方向顯示出同一段防振條電壓幅值呈遞增(減)的趨勢(shì)。

4結(jié)論

蒸汽發(fā)生器傳熱管防振條發(fā)生偏移、錯(cuò)位和扭轉(zhuǎn)進(jìn)，可通過(guò)渦流檢查方法檢測(cè)。對(duì)于防振條偏移，由于其具有整體性，實(shí)際檢查中，應(yīng)核實(shí)該組防振條影響到的傳熱管。對(duì)于偏移距離，則可通過(guò)獲取采樣點(diǎn)和數(shù)字化率進(jìn)行初步計(jì)算。對(duì)于防振條錯(cuò)位，采用BOBBIN和MRPC探頭均可檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，但MRPC探頭的檢測(cè)靈敏度較BOBBIN探頭高。對(duì)于防振條扭轉(zhuǎn)，僅可通過(guò)MRPC探頭進(jìn)行檢測(cè)就可發(fā)現(xiàn)，后續(xù)將進(jìn)一步研究電壓幅值與扭轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系。

目前制造廠尚未要求對(duì)防振條的位置進(jìn)行檢查，建議后續(xù)在出廠前增加以渦流檢測(cè)為主的防振條位置檢查流程。當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)防振條有問(wèn)題時(shí)，可及時(shí)制定相應(yīng)的維修方案或預(yù)防性維修計(jì)劃，確保蒸汽發(fā)生器的安全持續(xù)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁訓(xùn)慎.蒸汽發(fā)生器傳熱管的微振磨損及其防護(hù)[J].核安全,2006(3):27-32.

[2]劉敏珊,王素珍,董其伍.防振條對(duì)蒸汽發(fā)生器U形管動(dòng)態(tài)特性影響研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào),2008,29(2):48-51.

[3]李躍忠,韓良弼,王柏松.蒸汽發(fā)生器管束的固有振動(dòng)分析[J].原子能科學(xué)技術(shù),2008,42(增刊):458-462.

[4]《國(guó)防科技工業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材》編審委員會(huì)編.渦流檢測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：23-25.

Eddy Current Signal on Anti-vibration Bars of Steam Generator Tubes

KONG Yu-ying, LU Ji, MA Qiang

(CGNPC Inspection Technology Co., Ltd., Suzhou 215021, China)

Abstract：U type of steam generator heat transfer tube in a bend pipe is provided with an anti-vibration strip and tube bundle support for avoiding unacceptable flow induced vibration or micro vibration caused by wear and tear. The 55/19B type steam generator heat transfer tube of anti-vibration bars appears to induce offset and dislocation torsion problem. In order to solve these problems, eddy current testing method was used to analyze the corresponding anti-vibration signal and the characteristics of the eddy current signal were obtained. Results show that, the eddy current testing method can detect the offset of steam generator tube of anti-vibration bars, the dislocation and the torsion.

Key words:Anti-vibration bar; Offset; Dislocation; Torsion

中圖分類號(hào)：TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6656(2016)04-0015-03

DOI:10.11973/wsjc201604004

作者簡(jiǎn)介：孔玉瑩(1984-)，女，工程師，主要從事核電站渦流檢測(cè)與研發(fā)工作。通信作者：孔玉瑩，E-mail: kongyuying@cgnpc.com.cn。

收稿日期：2015-09-17