劉步良，李 誠，徐培良，王佳旭，蘇海敏

(中廣核檢驗技術(shù)有限公司，蘇州 215100)

核安全的主要問題之一，是如何在任何情況下保證核燃料釋熱的疏導(dǎo)。余熱排出熱交換器是堆芯冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，在非失水事故發(fā)生時，可對反應(yīng)堆冷卻劑進行冷卻，防止因冷卻劑過度升溫而引發(fā)的堆芯融化事故。因此，該設(shè)備的運行質(zhì)量關(guān)乎核電站中的安全運行。

余熱排出系統(tǒng)的主要功能是在反應(yīng)堆正常停堆過程中，當一回路溫度降到180℃及以下，絕對壓力降到3 MPa以下時，排出堆芯余熱、一回路水、設(shè)備的顯熱以及運行的主泵在一回路中產(chǎn)生的熱量，使反應(yīng)堆進入冷停堆狀態(tài)。

目前，我國CPR 1000機組的在役檢查一般參照標準RSE-M-1997《核電廠核島機械設(shè)備在役檢查規(guī)則》執(zhí)行。每一次機組在役檢查，需結(jié)合法規(guī)和機組運行情況，詳細地列出無損檢測的范圍及要求。

某余熱排出熱交換器在運行過程中，其一次側(cè)和二次側(cè)均存在泄漏現(xiàn)象，因此停堆后必須對其進行全面檢修。初步方案定為對其進行氦檢漏，后經(jīng)討論，確定為先對管板焊縫進行滲透檢測，排除管板焊縫可能存在的大漏，最后將此次余熱排出熱交換器的檢修作為經(jīng)驗反饋項，為后續(xù)相同機組的安全運營提供數(shù)據(jù)及經(jīng)驗支持。

1 滲透檢測環(huán)境

對于在役檢查過程中余熱排出熱交換器管板焊縫的滲透檢驗，檢測環(huán)境與建造安裝階段的有所區(qū)別，場地布置如圖1所示。該設(shè)備具有一定的輻射，并且存在放射性沾污風(fēng)險，因此在大修中檢測人員將該設(shè)備運往AC廠房(熱維修廠房)，并布置污染區(qū)，將設(shè)備整體放置在紅布上，并在管板焊縫的區(qū)域搭建SAS(污染區(qū)負壓工作棚)，整個管板焊縫的滲透檢測都是在SAS區(qū)進行的。

圖1 污染區(qū)布置現(xiàn)場

操作人員必須嚴格按照輻射防護的要求穿戴附加防護用品進行作業(yè)，每次進出SAS區(qū)作業(yè)都需戴上氧氣面罩，且SAS區(qū)外必須保證有人員輔助。重復(fù)使用的物品要做好包裹防護處理，避免輔助人員在交替物品時受到沾污。

在SAS區(qū)作業(yè)時，前期準備工作要充分，人員分工要明確，應(yīng)盡可能地降低作業(yè)時間，減少工作人員吸收的輻射劑量，充分體現(xiàn)核電的ALALA(輻射最優(yōu)化)原則。

2 余熱排出熱交換器的分布與結(jié)構(gòu)

每個核電機組共有兩臺熱交換器，型號分別為RRA001RF和RRA002RF，為并聯(lián)布置，以保證在一臺熱交換器不可用時，余熱排出系統(tǒng)仍具有部分熱量排出的能力；兩臺熱交換器均為立式、倒置U型管殼式熱交換器。反應(yīng)堆冷卻劑流經(jīng)管側(cè)，設(shè)備冷卻水流經(jīng)殼側(cè)，熱交換器下封頭內(nèi)裝有一個隔板，兩邊是反應(yīng)堆冷卻劑的進出水室。文章將管側(cè)稱為一次側(cè)，殼側(cè)稱為二次側(cè)。

3 管板焊縫的焊接及合格要求

換熱管與管板的焊接采用鈰鎢極自動脈沖旋轉(zhuǎn)氬弧焊進行焊接，焊接前先進行焊接工藝評定，焊接完畢后修整管口，清除焊渣和凸出管子內(nèi)壁的焊瘤。換熱管與管板焊接后脹接前應(yīng)進行0.3 MPa氣密性試驗，試驗合格后再進行脹接，換熱管與管板的脹接應(yīng)按照標準RCC M-F4400-2007 《熱交換器管板中脹管》的規(guī)定進行工藝評定；脹接方法為液壓脹，脹接處應(yīng)在管板殼側(cè)表面內(nèi)2～5 mm；脹接后將熱交換器殼體抽真空至0.133 Pa～1.33 Pa，連續(xù)抽氣，再逐個沿著管子與管板連接的焊縫進行噴氦檢漏，單個焊縫的泄漏量小于1.3×10-7Pa·m3·s-1則判定為合格。管板焊縫排列方式如圖2所示。

圖2 管板焊縫排列方式示意

4 滲透檢測方法

停堆后，檢測人員發(fā)現(xiàn)余熱排出熱交換器一次側(cè)和二次側(cè)之間存在泄漏，因此建議對管板焊縫進行滲透檢測。

采用熒光滲透檢測法檢測焊接容器的泄漏，一種方法是向該容器內(nèi)灌入滲透能力強的液體，再在該液體中加進熒光添加劑，在容器外側(cè)于黑光燈下觀察焊縫區(qū)有無泄漏顯示；另一種方法是在容器焊縫的內(nèi)側(cè)涂上熒光滲透劑，于外側(cè)在黑光燈下檢測，或在焊縫外側(cè)涂上熒光滲透劑，在內(nèi)側(cè)進行檢測。但是該設(shè)備為沾污設(shè)備，難以滿足所需的先決條件，且對管板焊縫進行滲透檢測時不僅需要檢漏，還需要將焊縫表面存在的非貫穿性裂紋、氣孔等缺陷也檢測出來，為后續(xù)設(shè)備的穩(wěn)定運行提供保障。為了更好地實施檢測，筆者特對以下幾種檢測方法進行探討[1]。

4.1 水洗型滲透檢測法

該方法的優(yōu)點是表面多余的滲透劑可以直接用水去除，檢測周期較其他方法短，且較適合用于表面粗糙工件的檢測；缺點是其靈敏度相對較低，容易漏檢淺而寬的缺陷，重復(fù)性差，如清洗方法不當容易造成過清洗，抗水污染能力差(酸性的污染將影響檢測靈敏度)。待檢設(shè)備所處環(huán)境水源匱乏，且設(shè)備存在一定放射性沾污，無法滿足大量用水進行水洗的需求，因此該方法不建議使用[2]。

4.2 后乳化型滲透檢測法

該方法的優(yōu)點是靈敏度較高，能檢出淺而寬的表面開口缺陷，該滲透劑不含乳化劑，因此滲透速度快，抗污染能力強，重復(fù)檢驗再現(xiàn)性好；缺點是要進行單獨的乳化工序，必須嚴格控制乳化時間，要求被檢表面較光潔。大型工件實施后乳化滲透檢測比較困難，親水性后乳化型滲透檢測法與親油性后乳化型滲透檢測法在施加乳化劑后均需水洗，現(xiàn)場的環(huán)境難以滿足該要求，親油性乳化劑的乳化時間一般小于2 min，親水性乳化劑的乳化時間一般小于5 min，不便于現(xiàn)場實際操作。

4.3 溶劑去除型著色滲透檢測法

該方法的優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方便，適用于外場和大工件的局部檢測，可在沒水沒電的情況下進行檢測；與溶劑懸浮型顯像劑配合使用，能檢出非常細小的開口缺陷。缺點是所用的材料易燃、易揮發(fā)，相對于水洗型和后乳化型而言不適合于批量工件的連續(xù)檢測，不適用于表面粗糙工件的檢測，且容易漏檢淺而寬的缺陷。

對上述3種方法進行綜合考慮，筆者決定此次采用溶劑去除型著色滲透檢測法對管板焊縫進行檢測。

5 管板焊縫的滲透檢測

對采用溶劑去除型著色法滲透檢測進行在役檢測過程中遇到的問題以及解決的方法進行探討。滲透檢測的基本步驟為預(yù)清洗→干燥→施加滲透劑→去除多余滲透劑→干燥→顯像→觀察、評定、記錄→后處理。

此次作業(yè)具體操作為：① 將余熱排出熱交換器上部吊出核島，置于AC廠房，并布置污染區(qū)，其中管板焊縫側(cè)處于SAS中，U型管側(cè)經(jīng)過吹掃，放置24 h后進行滲透檢測；② 用清洗劑預(yù)清洗焊縫表面后干燥10 min，保證焊縫表面干燥，無潤濕現(xiàn)象；③ 施加滲透劑(見圖3)，20 min后去除多余滲透劑，繼續(xù)干燥10 min，然后施加顯像劑，10 min后開始評定記錄，發(fā)現(xiàn)有局部區(qū)域出現(xiàn)潤濕現(xiàn)象(見圖4，5)，該情況嚴重影響滲透檢測的結(jié)果。初步判斷，造成該現(xiàn)象主要的原因是干燥度不夠。因此檢測人員對管口焊縫附近進行吹風(fēng)，時間為4 h，再次進行滲透檢測的時候，發(fā)現(xiàn)仍存在潤濕現(xiàn)象。最后，對U型管進行12 h烘干處理，確保管側(cè)和殼側(cè)都已經(jīng)徹底干燥后再進行檢測，最終得到了正常的檢測結(jié)果(見圖6，7)。

圖3 施加滲透劑后的熱交換器實物

圖4 施加顯像劑后檢測現(xiàn)場

圖5 局部放大照片

圖6 自然缺陷a檢測結(jié)果

圖7 自然缺陷b檢測結(jié)果

根據(jù)反復(fù)幾次干燥處理的結(jié)果，分析產(chǎn)生該情況的原因可能有以下幾種。

(1)U型管內(nèi)部存在水分，由于顯像劑具有較強的吸附功能，所以局部區(qū)域被潤濕。

(2)焊縫區(qū)域二次側(cè)存在水分，如果該處焊縫存在細微的缺陷，水分可能被顯像劑吸附出來，導(dǎo)致滲透劑顏色無法正常地顯示，無法判定結(jié)果。

針對這兩種情況，為了滿足滲透檢測的先決條件，并且盡量避免浪費檢測時間，提出以下方法。

(1)在將余熱排出系統(tǒng)熱交換器二次側(cè)上部放置AC于廠房后，盡量不要將管板側(cè)與吊耳側(cè)放置在同一水平面上，應(yīng)抬高其中一側(cè)。

(2)直接對U型管進行烘干處理的同時，爭取能夠?qū)⒍蝹?cè)存在的水分烘干，在先決條件完全滿足的情況下重新進行檢測，檢出類似圖6，7的缺陷。

6 滲透檢測的必要性

停堆后，經(jīng)目視檢測筆者發(fā)現(xiàn)余熱排出熱交換器一次側(cè)和二次側(cè)存在泄漏，經(jīng)探討該泄漏為U型管泄漏或管板焊縫泄漏或同時存在兩種泄漏。

通常僅需采用氦檢漏的方法對一次側(cè)和二次側(cè)進行查漏，但是管板焊縫可能存在較大的穿孔性缺陷(見圖6，7)，若直接用氦檢漏法易產(chǎn)生大量氦氣泄漏，造成環(huán)境污染。

滲透檢測具有快速、簡便、經(jīng)濟和靈敏度高等優(yōu)點，能夠排除較大的穿孔性缺陷。因此優(yōu)先采用滲透檢測法排查管板焊縫，后采用氦檢漏法對余熱排出熱交換器進行全面檢查的方案很有必要。

7 結(jié)語

實踐證明，在對余熱排出熱交換器管板焊縫進行滲透檢測時，對焊縫及其附近區(qū)域以及焊縫對面進行徹底干燥處理很有必要，且將管板側(cè)與吊耳側(cè)傾斜放置對檢測也有一定的作用，經(jīng)實地驗證，溶劑去除型著色滲透檢測法能夠滿足現(xiàn)場檢測的需求，但無法確定檢出的缺陷是否屬于貫穿性缺陷，因此此次采用的溶劑去除型著色滲透檢驗法未必是最優(yōu)的方法，還需要在工作中不斷總結(jié)更優(yōu)的方法。

結(jié)合余熱排出熱交換器管板焊縫的焊接工藝過程以及運行工況下容易產(chǎn)生的缺陷性質(zhì)，確定出了最合適的滲透檢測工藝方法。在高劑量、易沾污區(qū)域工作時，通過合理的人員安排、檢測過程的合理分解來保證檢測的順利實施。可通過合理選用檢測方法，有望提高設(shè)備檢驗質(zhì)量，提高核電設(shè)備的安全性，降低核電事故發(fā)生概率，為我國的核電安全保駕護航。