張 弛 張 挺 夏清友 姚傳黨

（1.中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430034；2.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 前言

指套管是M310堆型核電廠反應(yīng)堆堆芯中子通量測量探測器的通道。指套管在核電廠運行期間，由于受到一回路冷卻劑流體的誘發(fā)振動，容易與其外部導(dǎo)向管的不連續(xù)結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生磨損缺陷。近幾年來，國內(nèi)部分核電廠指套管的磨損較為嚴重，多次出現(xiàn)需要對指套管進行移位處理，甚至是堵管的情況，因此國內(nèi)核電廠對指套管磨損缺陷的處置研究越來越重視。本研究旨在通過統(tǒng)計國內(nèi)核電廠歷年的指套管渦流檢查結(jié)果和數(shù)據(jù)，統(tǒng)計和測量指套管在不同結(jié)構(gòu)位置的磨損缺陷長度，結(jié)合國內(nèi)各核電廠對指套管磨損缺陷的處置效果，研究一套合適的指套管磨損缺陷處置策略方法，為核電廠對堆芯中子通量測量指套管磨損缺陷的處置提供參考。

1 指套管磨損缺陷的分布統(tǒng)計、長度測量及處置方式

1.1 指套管磨損缺陷的形成機理

M310堆型核電廠的指套管產(chǎn)生的缺陷主要是由于流體誘發(fā)的振動，引起指套管在幾何不連續(xù)結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生磨損缺陷。這些幾何不連續(xù)結(jié)構(gòu)有以下幾個區(qū)域，如圖1所示：

（1）堆芯下柵格板區(qū)域；

（2）堆芯支撐板附近；

（3）儀表導(dǎo)管固定板附近；

（4）壓力容器底封頭貫穿件附近區(qū)域；

指套管磨損缺陷主要發(fā)生在圖1中外部導(dǎo)向管結(jié)構(gòu)的POINT1，POINT2，POINT3，POINT4，POINT5及POINT6的6個內(nèi)徑不連續(xù)結(jié)構(gòu)位置。尤其在堆芯下柵格板和燃料組件底部之間（POINT1處），該部分指套管裸露在反應(yīng)堆冷卻劑流體中，最易受一回路流體誘發(fā)的振動而產(chǎn)生磨損。

圖1 指套管易產(chǎn)生磨損的不連續(xù)結(jié)構(gòu)位置

1.2 指套管磨損缺陷的分布統(tǒng)計

（1）以國內(nèi)部分核電廠最近一次大修的指套管渦流檢驗結(jié)果和數(shù)據(jù)為樣本，統(tǒng)計指套管在POINT1，POINT2，POINT3，POINT4，POINT5及POINT6的6個內(nèi)徑不連續(xù)結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損數(shù)量和占比，可直觀反映出指套管磨損缺陷在不同結(jié)構(gòu)位置的分布情況。

（2）通過統(tǒng)計相同編號的指套管在同類機組中磨損缺陷出現(xiàn)的次數(shù)，了解和掌握同類機組中易產(chǎn)生磨損缺陷的指套管編號及在堆芯分布的位置。

1.3 指套管磨損缺陷的長度測量

依據(jù)國內(nèi)部分核電廠歷年大修的指套管渦流檢驗數(shù)據(jù)及結(jié)果，統(tǒng)計和測量六處不連續(xù)結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生的磨損缺陷渦流顯示信號的長度。磨損缺陷的長度測量公式如下所示，探頭有效掃查場寬度W可通過長度已知的磨損人工測量得出。磨損缺陷信號顯示長度L可通過測量磨損缺陷渦流信號長度得出。

磨損缺陷長度計算公式：

式中，K為磨損缺陷長度；L為缺陷信號顯示的長度，如圖2所示；W為指套管探頭有效掃查場寬度。

圖2 磨損缺陷渦流信號顯示長度

每個結(jié)構(gòu)位置的磨損缺陷選取不同核電廠共10個指套管磨損顯示作為測量樣本，這10個磨損顯示的缺陷長度的平均值即為K值。由于在POINT2、POINT3及POINT6三處結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損顯示較少，因此只測量POINT1、POINT4、POINT5三處結(jié)構(gòu)位置的磨損缺陷長度。

1.4 國內(nèi)核電廠對指套管磨損缺陷的處置方法

目前國內(nèi)M310堆型核電廠對指套管磨損缺陷的處置主要依據(jù)磨損顯示深度類別，國內(nèi)核電廠將不同深度的指套管磨損缺陷分為4類，即A、B、C及D類，對深度為C類的磨損顯示通常進行移位處理，每次移位距離為40mm左右。對D類的磨損顯示通常進行堵管或換管處理。這4類磨損缺陷的深度按以下標準進行分類：

A類：指套管減薄量≤30%壁厚；

B類：指套管減薄量>30%壁厚，但≤50%壁厚；

C類：指套管減薄量>50%壁厚，但≤65%壁厚；

D類：指套管減薄量>65%壁厚。

對國內(nèi)核電廠對磨損指套管的處置方法進行調(diào)研和分析，比較各核電廠對磨損指套管的處置效果。

2 統(tǒng)計結(jié)果

2.1 指套管磨損缺陷的分布統(tǒng)計結(jié)果

2.1.1 指套管在不同結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果

圖3為統(tǒng)計的國內(nèi)部分核電廠不同結(jié)構(gòu)位置記錄的磨損數(shù)量對比圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)：

圖3 不同結(jié)構(gòu)位置記錄的深度大于等于20%以上的磨損數(shù)量對比圖

在POINT1結(jié)構(gòu)位置記錄的磨損顯示數(shù)量為201處，約占所有磨損數(shù)量的73%；其中深度為A類的磨損顯示有97處，B類磨損顯示有91處，C類磨損顯示有12處，D類磨損顯示有1處。

在POINT4結(jié)構(gòu)位置記錄的磨損顯示有45處，約占所有磨損數(shù)量的16%；其中深度為A類的磨損顯示有37處，B類磨損顯示有8處，未發(fā)現(xiàn)C類以上顯示。

在POINT5結(jié)構(gòu)位置記錄的磨損顯示有29處，約占所有磨損數(shù)量的10%。其中深度為A類的磨損顯示有19處，B類磨損顯示有9處，D類磨損顯示有1處。

在POINT6結(jié)構(gòu)位置記錄的磨損顯示有3處A類磨損顯示，約占所有磨損數(shù)量的1%。

在POINT2和POINT3結(jié)構(gòu)處分別記錄了1處A類磨損顯示。

由此可見，指套管磨損缺陷主要發(fā)生在POINT1、POINT4及POINT5三個結(jié)構(gòu)位置，尤其在POINT1結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生的磨損缺陷最多，磨損程度也最嚴重，深度達到C類以上的磨損顯示共有14處，其中13處在POINT1結(jié)構(gòu)位置，僅1處發(fā)生在POINT5結(jié)構(gòu)位置。

2.1.2 相同編號的指套管在同類機組中磨損缺陷出現(xiàn)的次數(shù)

通過統(tǒng)計國內(nèi)三座M310/1000MW堆型核電廠的1，2號機的指套管渦流檢驗結(jié)果，得出以下結(jié)果：

在三座核電廠1號機的3個機組的指套管渦流檢驗結(jié)果中，編號為6、10、16和19的4根指套管在3個機組中均在POINT1結(jié)構(gòu)位置記錄了磨損顯示；其中編號為19（堆芯位置J10）的指套管磨損較為嚴重，在這3個機組記錄的磨損深度都在40%以上。

在三座核電廠2號機的3個機組的指套管渦流檢驗結(jié)果中，編號為15、25、38、39和46的5根指套管在3個機組中均在POINT1結(jié)構(gòu)位置記錄了磨損顯示；其中編號為25（堆芯位置J10）的指套管磨損最為嚴重，分別記錄了一處B類、一處C類和一處D類的磨損缺陷顯示。

2.2 指套管磨損缺陷的長度測量

使用指套管磨損標定管上的人工缺陷，人工缺陷渦流信號的起點至終點時探頭通過的距離，減去人工缺陷的長度，得出探頭有效掃查場寬度W約為9mm。

表2為不同結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損缺陷顯示長度的測量結(jié)果，測量結(jié)果為POINT1、POINT4及POINT5結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生的磨損缺陷信號顯示長度L的平均值分別 為12.92mm、73.26mm、64.03mm。由 此 得 出，POINT1、POINT4及POINT5結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生的磨損缺陷長度K值約為4mm、64mm及55mm。

表2 不同結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損缺陷顯示長度的測量結(jié)果

續(xù)表

由此可見，在不同結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損缺陷長度是有顯著差異的。其中在POINT1結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損缺陷長度在4mm左右，而在POINT4和POINT5結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損缺陷長度則較長，均在50mm以上。因此針對不同結(jié)構(gòu)位置的磨損缺陷的移位距離應(yīng)參考磨損缺陷的長度進行處置。

2.3 國內(nèi)核電廠對磨損指套管的移位處置效果

指套管磨損缺陷主要產(chǎn)生在POINT1、POINT4及POINT5三處結(jié)構(gòu)位置，因此主要研究了這三處結(jié)構(gòu)位置的磨損缺陷的移位處置效果。

圖4為POINT1結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損缺陷移位前、后的典型渦流信號，從圖中可以看出，目前國內(nèi)核電廠對指套管POINT1結(jié)構(gòu)位置的磨損移位處置效果較好，移位后的磨損顯示與新產(chǎn)生的磨損顯示能明顯區(qū)分，且移位后的磨損顯示深度未發(fā)生變化。

圖4 POINT1結(jié)構(gòu)位置的磨損移位效果

圖5和圖6分別為POINT4和POINT5結(jié)構(gòu)位置的磨損移位前、后的渦流信號，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，移位后的磨損顯示未能與新產(chǎn)生的磨損顯示完全分隔開，從而形成了明顯的復(fù)合信號，即在原始磨損缺陷位置產(chǎn)生新的磨損顯示；其中圖6顯示的是某個電廠的指套管在POINT5結(jié)構(gòu)位置的磨損顯示，移位前該顯示記錄的磨損深度為45%，經(jīng)過移位后，該顯示形成了復(fù)合信號，并且測量深度達到了74%，該磨損深度達到了堵管或換管的標準；由此可見，如果對磨損缺陷移位處置距離不足，有可能會導(dǎo)致磨損缺陷未完全離開磨損區(qū)域，從而導(dǎo)致磨損缺陷深度進一步增加，存在指套管破損的風(fēng)險。

圖5 POINT4結(jié)構(gòu)位置的磨損移位效果

圖6 POINT5結(jié)構(gòu)位置的磨損移位效果

3 結(jié)語

通過對國內(nèi)部分核電廠指套管渦流檢驗結(jié)果統(tǒng)計和研究發(fā)現(xiàn)，指套管磨損缺陷主要發(fā)生在POINT1、POINT4及POINT5三處結(jié)構(gòu)位置，且達到處置標準的磨損缺陷主要發(fā)生在POINT1結(jié)構(gòu)位置。由于三處結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損缺陷長度差異較大，目前國內(nèi)對達到處置標準的POINT1結(jié)構(gòu)位置磨損移位處置效果較好，但對POINT4和POINT5結(jié)構(gòu)位置產(chǎn)生的磨損缺陷移位距離不足，存在磨損深度進一步擴展的風(fēng)險。因此當(dāng)在POINT4和POINT5結(jié)構(gòu)位置發(fā)現(xiàn)達到處置標準的磨損缺陷時，建議先測量磨損缺陷長度，依據(jù)磨損缺陷長度進行移位處置。