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(1.大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司, 深圳 518000;2.中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司， 蘇州 215026)

核電站節(jié)流孔板等管道管線常處于高溫、高壓等惡劣的工況條件中，管道內(nèi)焊縫及彎頭部位可能受到腐蝕、沖蝕、磨損等破壞性作用，其管壁會(huì)逐漸發(fā)生減薄(見(jiàn)圖1)，形成S型非均勻減薄(見(jiàn)圖2)。非均勻減薄會(huì)影響管道的強(qiáng)度，嚴(yán)重的局部減薄會(huì)對(duì)管道的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。因此，必須選用合適的檢測(cè)方法對(duì)減薄管線進(jìn)行精確測(cè)量，并遵照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),視具體的減薄情況確定其安全狀況等級(jí)和檢驗(yàn)周期。

1 測(cè)厚部件范圍

(1) 在歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系RSE-M《壓水堆核電廠核島機(jī)械部件在役檢查規(guī)則》中，對(duì)需要超聲測(cè)厚的二回路部件有明確規(guī)定。

圖1 管線減薄機(jī)理示意

圖2 管壁“S”型非均勻減薄

(2) 機(jī)組在役檢查過(guò)程中，經(jīng)常遇到其他專業(yè)提出的配合性測(cè)厚工作需求。

(3) 核電站冷卻環(huán)路系統(tǒng)為海水介質(zhì)冷卻，故核電輔助系統(tǒng)管道易產(chǎn)生腐蝕侵蝕減薄或穿孔等缺陷,圖3為現(xiàn)場(chǎng)減薄管件實(shí)物圖片；隨著核電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，在役檢查中測(cè)厚工作所占比重逐年增加。

(4) 部分機(jī)組針對(duì)機(jī)組延壽申請(qǐng)開(kāi)展的部分熱交換器/容器的專項(xiàng)測(cè)厚項(xiàng)目。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)減薄管件實(shí)物圖片

2 常規(guī)測(cè)厚技術(shù)分析

2.1 采用超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行壁厚測(cè)定

脈沖反射式超聲波測(cè)厚儀的原理是通過(guò)超聲波脈沖在材料中的往返傳播時(shí)間與聲速、聲程的關(guān)系來(lái)求得被檢工件厚度的(見(jiàn)圖4)。因超聲波測(cè)厚儀具有小巧、輕便、數(shù)字顯示屏直接顯示厚度、精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力、化工等領(lǐng)域。目前，大亞灣基地測(cè)厚設(shè)備主要就是該設(shè)備。在登高作業(yè)及需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)采集的場(chǎng)合，超聲波測(cè)厚儀的優(yōu)點(diǎn)更加明顯。

圖4 超聲波測(cè)厚儀測(cè)厚原理示意

總結(jié)大亞灣機(jī)組超聲波測(cè)厚工作，需注意的事項(xiàng)主要有：

(1) 超聲波測(cè)厚儀測(cè)量管壁厚度過(guò)程中，雙晶探頭放置時(shí)應(yīng)注意使探頭隔聲層垂直于管道軸線，并使其與管壁正交，才能獲得穩(wěn)定準(zhǔn)確的厚度指示。

(2) 在檢測(cè)曲率較大的小直徑管子時(shí)，須關(guān)注探頭耦合狀態(tài)，且最好在實(shí)施測(cè)厚前，在同管徑管材上先進(jìn)行試驗(yàn)。

(3) 在檢測(cè)的工件表面有嚴(yán)重麻點(diǎn)和凹坑時(shí)，應(yīng)選用聲阻抗大的甘油或?qū)Ｓ民詈蟿1]。

(4) 當(dāng)示值出現(xiàn)跳躍不定的情況時(shí)，可輕微移動(dòng)探頭并用手指將探頭壓緊在被測(cè)點(diǎn)上，待示值穩(wěn)定時(shí)方可確定結(jié)果。當(dāng)示值輕微閃爍跳動(dòng)時(shí)，一般應(yīng)以較小檢測(cè)值為準(zhǔn)。

(5) 在實(shí)施測(cè)厚前應(yīng)先確認(rèn)管道外徑是否有變化，以免因管道外徑輕微凹陷出現(xiàn)測(cè)厚數(shù)據(jù)較小而導(dǎo)致誤判。

(6) 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)遇到未知聲速的材料時(shí)，可在與管壁材料相同且厚度已知的法蘭及其他部件上進(jìn)行聲速校驗(yàn)。

超聲波測(cè)厚設(shè)備主要應(yīng)用于管道內(nèi)壁受沖刷減薄的測(cè)厚中。對(duì)于因腐蝕出現(xiàn)的點(diǎn)狀或形狀對(duì)超聲波聲束發(fā)散的缺陷，此設(shè)備會(huì)受檢驗(yàn)靈敏度(相關(guān)文獻(xiàn)試驗(yàn)證明，無(wú)論何種形式的壁厚減薄，其反射聲能小于φ2 mm當(dāng)量缺陷的反射聲能時(shí)，都很難檢出)的影響而無(wú)法檢出。

對(duì)金屬管道進(jìn)行壁厚檢測(cè)時(shí)，很可能在檢測(cè)點(diǎn)附近存在較深的局部減薄，但因測(cè)厚儀對(duì)該類局部減薄的檢測(cè)局限性而未能被檢出，這種局限性需要通過(guò)其他適用的檢測(cè)方法來(lái)彌補(bǔ)。

2.2 采用超聲波探傷儀進(jìn)行壁厚檢測(cè)

采用超聲波探傷儀進(jìn)行測(cè)厚時(shí)，一般選用高頻小晶片縱波單晶直探頭，或選用帶有延遲塊的雙晶直探頭。使用超聲波探傷儀測(cè)厚時(shí)，不像超聲波測(cè)厚儀能數(shù)顯“直讀”，而是需要操作人員具備豐富的材料、缺陷判定經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)施過(guò)程中通過(guò)波形特點(diǎn)定性了解管壁狀況，判斷管壁處于均勻減薄狀態(tài)還是存在非均勻減薄缺陷，并通過(guò)反射波形分析確定較嚴(yán)重的減薄區(qū)域。超聲波探傷儀的這些特點(diǎn)是超聲波測(cè)厚儀所不具備的[2]。

有關(guān)測(cè)厚方法(超聲波探傷儀或超聲波測(cè)厚儀)的選擇,建議按以下規(guī)則執(zhí)行。

(1) 通過(guò)減薄機(jī)理分析或經(jīng)驗(yàn)反饋可知，對(duì)某類易造成沖蝕減薄的管段，可以直接采用超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量；而腐蝕或缺陷導(dǎo)致的減薄，則應(yīng)用超聲波探傷儀進(jìn)行輔助定性判斷。

(2) 當(dāng)管壁厚度不均勻以及壁厚大于6 mm時(shí),應(yīng)先用超聲波探傷儀掃查,然后用超聲波測(cè)厚儀測(cè)量。

(3) 超聲波測(cè)厚儀讀數(shù)異常時(shí),例如無(wú)讀數(shù)(管內(nèi)壁存在大量凹凸坑造成)、讀數(shù)異常高(殘余壁厚小于數(shù)毫米)、讀數(shù)異常低(管壁內(nèi)含有夾層、裂紋等缺陷)時(shí),應(yīng)先用超聲波探傷儀判斷異常原因,以便獲得正確讀數(shù)。

應(yīng)用超聲波探傷儀進(jìn)行測(cè)厚時(shí)，也存在以下局限性。

(1) 由于管道曲率造成的耦合不足，且無(wú)法進(jìn)行有效補(bǔ)償，特別是對(duì)小徑管道進(jìn)行測(cè)厚時(shí)。

(2) 對(duì)于高溫管道測(cè)厚(高于50 ℃)，由于高溫下材料的聲速會(huì)變小，造成厚度偏大(需根據(jù)溫度-聲速線性方程進(jìn)行修正)；且耦合劑極易干燥，使超聲波探傷儀的測(cè)厚工作難以實(shí)施。

針對(duì)文中提及的管道高溫定點(diǎn)測(cè)厚過(guò)程中存在測(cè)量數(shù)據(jù)偏大以及耦合劑選用不當(dāng)引起無(wú)法讀數(shù)的問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)研究了高溫耦合劑的性能，篩選出高溫狀態(tài)下性能穩(wěn)定的高溫耦合劑。通過(guò)高溫定點(diǎn)測(cè)厚試驗(yàn)研究，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)以溫度與該溫度下測(cè)厚所調(diào)整后的聲速進(jìn)行線性回歸，得出高溫測(cè)厚的溫度-聲速線性方程。該方程用于管道高溫定點(diǎn)測(cè)厚，有效解決了測(cè)量數(shù)據(jù)偏大的問(wèn)題。將測(cè)厚數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，計(jì)算出平均腐蝕速率和剩余壽命，有效地預(yù)測(cè)了腐蝕隱患。

(3) 超聲波探傷儀測(cè)厚，多采取按圓周9點(diǎn)測(cè)厚的選點(diǎn)方式進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于局部減薄(點(diǎn)腐蝕)嚴(yán)重的管線管道，無(wú)法有效地測(cè)出壁厚，數(shù)據(jù)處理較繁瑣且不直觀。

(4) 對(duì)于減薄特別嚴(yán)重的管線管道，由于超聲波探傷儀存在盲區(qū)(包括上部盲區(qū)及下部盲區(qū))，無(wú)法對(duì)過(guò)薄管線管道的厚度進(jìn)行測(cè)量。

(5) 對(duì)于材料聲速未知的管線管道的測(cè)厚，由于沒(méi)有留存相同材料的試塊備件，致使測(cè)厚數(shù)值存在一定的偏差。

(6) 管線管道表面狀況較差會(huì)影響測(cè)厚。當(dāng)?shù)撞砍暦瓷湫盘?hào)消失時(shí)，則無(wú)法進(jìn)行測(cè)厚。

(7) 粗晶材料的管線管道，測(cè)厚不好實(shí)施。

2.3 采用射線照相法進(jìn)行壁厚測(cè)量

應(yīng)用超聲波原理實(shí)施測(cè)厚時(shí)，往往采用在外壁畫(huà)格子線測(cè)點(diǎn)的方法，當(dāng)對(duì)出現(xiàn)較大的點(diǎn)蝕缺陷或含特異性結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖5)的管線管道進(jìn)行測(cè)厚評(píng)估時(shí)，通過(guò)超聲波檢測(cè)的方法就有困難，存在漏檢的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 雙層管壁結(jié)構(gòu)的管線減薄外觀

此類管材缺陷的有效檢查方法就是射線照相檢測(cè)(見(jiàn)圖6)。

圖6 減薄的射線底片

射線照相檢測(cè)更為直觀，在技術(shù)層面上，其可以對(duì)各類壁厚、管徑的材料進(jìn)行減薄確認(rèn)，直觀地獲知內(nèi)壁缺陷的密集程度，且底片可以留存；還可以在內(nèi)壁減薄處確認(rèn)，并拍攝多張底片形成管道全角度的質(zhì)量信息，便于減薄成因的分析。

大亞灣基地在程序文件《常規(guī)島及BOP系統(tǒng)壓力管道在役檢查大綱》中規(guī)定了沖蝕減薄的相應(yīng)檢查項(xiàng)目，如ASG*DI和RRI系統(tǒng)部分管線。對(duì)于沖蝕減薄檢查方法的選擇，目前主要是應(yīng)用超聲波的方法，射線照相法主要應(yīng)用于一些反饋?lái)?xiàng)目的檢查。

應(yīng)用射線照相法測(cè)厚的局限性有：

(1) 由于管線布置較密集，易造成空間不足致使布片和放射源導(dǎo)源管固定困難。

(2) 核電站機(jī)組停堆在役檢查時(shí)，射線照相測(cè)厚占用時(shí)間和檢測(cè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

(3) 由于射線照相底片影像相對(duì)于實(shí)物有放大作用，管壁厚度無(wú)法直接讀出，需借助對(duì)比試塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.4 小結(jié)

對(duì)于在役管道壁厚的常規(guī)檢測(cè)，采用超聲波測(cè)厚儀測(cè)厚、超聲波探傷儀測(cè)厚與射線照相法測(cè)厚，其各具優(yōu)點(diǎn)和局限性，具體選擇測(cè)厚技術(shù)時(shí)，可按照以下原則進(jìn)行：

(1) 采用超聲波原理的測(cè)厚技術(shù)可應(yīng)用于管道直徑較大，曲率較小的工件，需表面狀態(tài)良好，管線管道內(nèi)不存在過(guò)熱蒸汽以及該管線管道位置處于核電站大修過(guò)程中的作業(yè)交叉區(qū)，以及不便應(yīng)用射線檢驗(yàn)測(cè)厚的場(chǎng)所。

(2) 射線照相測(cè)厚應(yīng)用于已被超聲波測(cè)厚確定為非均勻減薄的管線管道，較重要且不占用其他作業(yè)時(shí)間窗口的管線管道以及較易出現(xiàn)點(diǎn)蝕缺陷的管線管道。

3 無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)及應(yīng)用

(1) 超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)測(cè)厚

應(yīng)用超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)可以在提高檢測(cè)精度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)薄壁管的超聲波測(cè)厚檢測(cè)(見(jiàn)圖7)。

圖7 相控陣檢測(cè)小徑管布置

(2) 自動(dòng)化檢查設(shè)備“管道豬”測(cè)厚

對(duì)于長(zhǎng)輸管道壁厚的測(cè)量，可以應(yīng)用自動(dòng)化檢查設(shè)備“管道豬”進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)自動(dòng)化檢驗(yàn)與記錄(見(jiàn)圖8)。該設(shè)備價(jià)格昂貴，故其僅在特定廠家和行業(yè)應(yīng)用，目前還未廣泛應(yīng)用。

圖8 管道豬自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)外觀

(3) 導(dǎo)波測(cè)厚

導(dǎo)波的特點(diǎn)類似于平板中的板波，其激發(fā)的超聲波頻率更低(數(shù)萬(wàn)赫茲)，能穿透整個(gè)管壁，并沿管壁傳播數(shù)十甚至上百米。

導(dǎo)波測(cè)厚的優(yōu)點(diǎn)：長(zhǎng)距離檢測(cè)、檢測(cè)速度快和高效，能檢測(cè)人員無(wú)法接近部位的管壁腐蝕等。導(dǎo)波檢測(cè)管道橫截面上的金屬損失非常敏感，檢測(cè)精度可達(dá)橫截面積的3%，可靠精度可達(dá)橫截面積的9%，定位精度為±100 mm。

直接經(jīng)濟(jì)效益：超聲導(dǎo)波長(zhǎng)距離檢測(cè)時(shí)，50 mm的布置范圍至少可以進(jìn)行30 m的管道檢測(cè)，可極大地節(jié)約保溫拆除、腳手架搭設(shè)的費(fèi)用和縮短工期，節(jié)約了材料成本和降低了工業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)(見(jiàn)圖9)。

圖9 導(dǎo)波檢測(cè)埋地管道的波形及現(xiàn)場(chǎng)

大亞灣核電基地已利用多個(gè)換料大修對(duì)埋地管道進(jìn)行了非開(kāi)挖導(dǎo)波檢測(cè)，減少了大量的泥土開(kāi)挖工作量，提前進(jìn)行檢測(cè)維修對(duì)大修工期做出了巨大貢獻(xiàn)。

導(dǎo)波測(cè)厚的缺點(diǎn)：導(dǎo)波檢測(cè)對(duì)缺陷定量是近似的，對(duì)可疑部位還需要采取其他檢測(cè)方法進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)單個(gè)點(diǎn)狀缺陷以及軸向條狀缺陷較難檢出。

(4) 電磁超聲測(cè)厚

電磁超聲測(cè)厚技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)耦合劑、非接觸式測(cè)量，且設(shè)備輕便、精度高，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任何金屬或磁性材料的檢測(cè)，對(duì)表面狀態(tài)的要求要低于常規(guī)超聲測(cè)厚技術(shù)的要求，免去了油漆、銹跡的去除工序。該技術(shù)和設(shè)備在核電站應(yīng)用的另一特點(diǎn)是可適用于高溫(增配后最高到380 ℃、檢測(cè)時(shí)間小于4 s時(shí)可達(dá)到600 ℃)環(huán)境。目前該技術(shù)和設(shè)備已引入到核電站核島、常規(guī)島管線的日常和大修檢測(cè)等活動(dòng)中。

參考文獻(xiàn)：

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