蒸汽发生器传热管防振条的涡流信号

孔玉莹,陆　吉,马　强

(中广核检测技术有限公司， 苏州 215021)



蒸汽发生器传热管防振条的涡流信号

孔玉莹,陆吉,马强

(中广核检测技术有限公司， 苏州 215021)

摘要：蒸汽发生器U型传热管在弯管段设有防振条，用于支撑管束并避免不可接受的流致振动或微振动引发的磨损。介绍了55/19B型蒸汽发生器传热管防振条易出现的偏移、错位、扭转等问题，并针对这些问题，利用涡流检测方法对相应的防振条信号进行分析，并得出各涡流信号的特点。结果表明，通过涡流检测方法，可检测出蒸汽发生器传热管防振条的偏移、错位、扭转。

关键词：防振条;偏移;错位;扭转

CPR1000机组蒸汽发生器(55/19B型)传热管为一回路压力边界，在弯管区设置了三组对称放置的防振条组件，包含防振条、抗振环、保持条和防振条短节，以支撑弯管区的传热管，增加弯管区传热管刚度，提高传热管固有频率，以限制在正常运行工况下传热管束流致振动以及振动引起的不可接受的微振磨损，保证传热管压力边界在寿期内的完整性[1-3]。

役前及在役检查期间，ASME及RSEM规范均要求对蒸汽发生器传热管进行涡流检测。由于涡流的透入深度[4]，对外部支撑结构如支撑板、分流板及防振条等的信号在低频通道上均有明显的响应。针对55/19B型蒸汽发生器传热管防振条出现的偏移、错位、扭转等问题，笔者采用西班牙TECNATOM公司生产的TEDDY+涡流仪和T-PU2推拔器，利用低频通道上涡流探头对防振条的响应，对涡流检验中涉及的防振条涡流信号进行分析。

1防振条偏移

图1　CPR1000机组防振条分布示意

CPR1000机组蒸汽发生器传热管U型弯管段，采用3组对称放置的V型防振条提供支撑以防止其出现振动，标识号从靠近热侧第9块支撑板起分别为AV1、AV2、AV3、AV4、AV5、AV6(见图1)，设计上要求防振条的对称度为20 mm,并在运行过程中保持稳定。正常情况下，三组防振条对称分布，每组防振条与相应第九支撑结构的距离应一致，即09H-AV1与09C-AV6(第一组)、09H-AV2与09C-AV5(第二组)、09H-AV3与09C-AV4(第三组)的弧长距离应一致。由于55/19B型蒸汽发生器防振条组件自身的结构特点,及传热管与防振条之间的间隙距离过大或其他原因，整组防振条往冷侧或热侧发生移动，从而使上述支撑结构之间的距离不一致，即为防振条发生偏移(见图1)。

由于低频通道上涡流信号对防振条有明显的响应，涡流信号长条图上两个支撑结构之间的距离即为实际传热管上两支撑结构件的弧长距离，因此可利用涡流信号判定防振条是否发生偏移。图2为55/19B型蒸汽发生器传热管弯管区的BOBBIN(绕轴式)探头检测信号示例。从信号上可看出，图2(a)中三组防振条与相应第九支撑结构的距离一致，即防振条未发生偏移；图2(b)中AV2AV3之间的弧长距离明显大于AV4AV5之间的弧长距离。结合图1中的防振条分布图，可判定第三组防振条往冷侧发生偏移。由于防振条发生的偏移具有整体性，因此实际检查中，应核实该组防振条影响到的传热管，若所有传热管均有偏移信号，即可确认为防振条发生了整体偏移。

图2　传热管弯管区防振条BOBBIN探头检测信号示例

利用涡流BOBBIN信号计算偏移距离，可采用公式弧长距离=采样点数 / 数字化速率进行。其中两支撑结构间的采样点数可通过BOBBIN数据读出。而对于数字化速率，可采用弯管段理论弧长与实际采样点数计算得出；但由于不同管排之间的传热管曲率半径不同、传热管内壁烘干状态不同、检查时使用不同长度的导管等原因，涡流探头在弯管区存在一定的阻力，导致回拉速度会有一定程度的不均匀，即不同的传热管其数字化速率不同，同一根传热管不同区域的数字化速率也不同，因此该方法计算的弧长结果存在一定的误差。

2防振条错位

对于同一根传热管，正常情况下上下两根防振条应位于同一轴向位置。当防振条下插深度不一致或其他原因导致上述两根防振条出现轴向位置差的现象，即为防振条发生错位。

图3　试验用设备、样管与探头

图4　防振条设计图及错位试验摆放示意

为分析涡流探头对防振条错位信号的影响，在传热管弯管处上下各放置一段与CPR1000机组相同的防振条，位置无错位(错位0 mm)至完全错位即11 mm(见图3，4)，分别采用BOBBIN探头和MRPC(旋转)探头进行试验，分析两种探头的信号特征及检测灵敏度。图5为采用BOBBIN探头进行错位试验得到的涡流信号。结果表明，未发生错位时，由于BOBBIN探头信号综合反映同一周向信息，因此上下两段防振条在BOBBIN探头上为混合信号，无法独立显示两根防振条的信号。当上下两段防振条错位至一定距离时，BOBBIN探头可分别检测到上下两段防振条的信号，即对错位信号有响应。在检查灵敏度方面，当错位6 mm时，BOBBIN探头可在低频通道上观察到错位信号。

图5　采用BOBBIN探头进行错位试验得到的涡流信号

图6　采用MRPC探头进行错位试验得到的涡流信号

图6为采用MRPC探头进行错位试验得到的涡流信号。结果表明，由于MRPC探头在检查时为螺旋式运动，因此能很好地反映周向信息；未发生错位时，在三维图上即可独立显示上下两段防振条信号。当错位2 mm时，可在低频通道上观察到两段防振条处于不同的轴向位置，检测灵敏度高于BOBBIN探头。

图8　不同探头检测防振条扭转的涡流信号

3防振条扭转

正常情况下，传热管与防振条之间的间隙距离是一定的。如若传热管与防振条的间隙距离过大或存在其他原因时，可能导致防振条发生扭转，即产生传热管与防振条之间的间隙距离不等(见图7)的情况。

图7　防振条扭转示意及实物摆放

为分析涡流探头对防振条错位信号的影响，在传热管弯管处上下各放置一段与CPR1000机组相同的防振条，A侧与传热管水平接触，B侧与传热管呈一定扭转角(见图7)，分别采用BOBBIN探头和MRPC探头进行试验以分析其信号的特征。

图8分别为BOBBIN探头和MRPC探头扭转试验的涡流信号。结果表明，对于BOBBIN探头，由于反应的是周向综合信息，从相位角和电压幅值两个参数中无法判断防振条是否发生扭转；而MRPC探头则能显示防振条的三维信息，可以清楚地分辨两侧防振条是否发生扭转。传热管与防振条之间的间隙距离与涡流信号电压幅值间呈单调下降关系。当防振条发生一定程度扭转时，由于一侧防振条与传热管间隙距离变大，相应的电压幅值将减小，三维图轴向方向显示出同一段防振条电压幅值呈递增(减)的趋势。

4结论

蒸汽发生器传热管防振条发生偏移、错位和扭转进，可通过涡流检查方法检测。对于防振条偏移，由于其具有整体性，实际检查中，应核实该组防振条影响到的传热管。对于偏移距离，则可通过获取采样点和数字化率进行初步计算。对于防振条错位，采用BOBBIN和MRPC探头均可检测发现，但MRPC探头的检测灵敏度较BOBBIN探头高。对于防振条扭转，仅可通过MRPC探头进行检测就可发现，后续将进一步研究电压幅值与扭转角度之间的关系。

目前制造厂尚未要求对防振条的位置进行检查，建议后续在出厂前增加以涡流检测为主的防振条位置检查流程。当检查发现防振条有问题时，可及时制定相应的维修方案或预防性维修计划，确保蒸汽发生器的安全持续运行。

参考文献：

[1]丁训慎.蒸汽发生器传热管的微振磨损及其防护[J].核安全,2006(3):27-32.

[2]刘敏珊,王素珍,董其伍.防振条对蒸汽发生器U形管动态特性影响研究[J].郑州大学学报,2008,29(2):48-51.

[3]李跃忠,韩良弼,王柏松.蒸汽发生器管束的固有振动分析[J].原子能科学技术,2008,42(增刊):458-462.

[4]《国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材》编审委员会编.涡流检测[M].北京：机械工业出版社，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

中图分类号：TG115.28

文献标志码：A

文章编号：1000-6656(2016)04-0015-03

DOI:10.11973/wsjc201604004

作者简介：孔玉莹(1984-)，女，工程师，主要从事核电站涡流检测与研发工作。通信作者：孔玉莹，E-mail: kongyuying@cgnpc.com.cn。

收稿日期：2015-09-17