ASME和RSE-M规范对核电设备役前及在役检查中缺陷分析方法的比较

葛 亮，杨 勇，徐旭光，黄 超

(1.核动力运行研究所，武汉 430223;2.中核核电运行管理有限公司，嘉兴 314300)

ASME和RSE-M规范对核电设备役前及在役检查中缺陷分析方法的比较

葛 亮1，杨 勇1，徐旭光1，黄 超2

(1.核动力运行研究所，武汉 430223;2.中核核电运行管理有限公司，嘉兴 314300)

在核电厂设备役前和在役检查时，对核级焊缝中检测出的缺陷需按照相关规范要求进行严格的分析评价，以保障核电机组的安全运行。描述了在役检查缺陷显示的通用处理流程，分别以ASME规范和RSE-M规范为例，就缺陷的性质判定、尺寸归一化、相关性和验收等方面开展分析，并对两个规范间存在的差异进行了归纳总结。

核级焊缝；役前检查；在役检查；缺陷分析；ASME；RSE-M

核电厂核岛在役检查是在核电厂运行周期内，对核安全相关部件进行的定期无损检测,以及时发现新产生的缺陷，跟踪已知缺陷的扩展，并判断这些缺陷是否会对核电厂安全运行造成影响。役前检查是在役检查的特殊阶段，为在役检查的“零点”，也是机组运行前的最后一次全面的无损检测。

随着国内新建核电机组的建造和陆续投运，核电机组数量相对于以前明显增加，同时以前建造的核电机组随着运行时间的延长，核安全相关部件产生缺陷的风险也与日俱增。近些年来，核电机组役前和在役检查时，在一些被检部件中发现了新增缺陷，部分缺陷还具有一定的危害性。从核电机组的安全运行以及缺陷处理方式的合理性两方面考虑，需要对这些缺陷按照规范要求进行准确地分析评价，为缺陷的最终处理提供依据。

目前，国内核电机组的役前和在役检查主要按照美国机械工程师协会颁布的《锅炉及压力容器规范》 第Ⅺ卷 《核电厂部件在役检查规则》(以下简称ASME规范第Ⅺ卷)或法国的《压水堆核岛机械设备在役检查规则》(以下简称RSE-M规范)的要求执行，这两部规范中对缺陷的处理流程和方法均有明确的规定。

为了更好地理解和使用规范，简要描述了役前和在役检查中缺陷显示的通用处理流程，分别以ASME和RSE-M规范为例，就缺陷的性质判定、尺寸归一化、相关性和验收等方面开展分析，并对不同规范间存在的差异进行了归纳总结。

1 缺陷处理流程

在核电厂核级焊缝的役前和在役检查中，无损检测发现的显示信号经过一系列的判定、比较、分析和评价，以判断其是否满足规范的要求以及应该采取何种手段处理缺陷。缺陷处理流程见图1。

1.1 显示记录 ASME和RSE-M规范的显示记录原则相似，均是依据不同的检测方法和检测对象，分别作出规定的。超声、涡流等检测方法一般是以显示信号的回波幅值大小作为显示是否记录的依据；射线、渗透、目视、磁粉等检测方法一般是以显示信号的表征大小，如长度、直径等作为是否记录的依据[1]。显示记录后首先需判断是否为相关显示，非相关显示不需要进一步分析，如超声检测中由于复杂的结构或噪声引起的伪缺陷。只有达到记录标准的相关显示才被定义为缺陷，两个规范间的显示记录要求对比见表1。

图1 缺陷处理流程

ASME记录要求RSE⁃M记录要求超声检测：不小于50%DAC的几何结构显示；不小于20%DAC的不确定性质的显示超声检测：核Ⅰ级：不小于25%DAC的缺陷显示；核Ⅱ级：不小于50%DAC的缺陷显示射线检测：所有缺陷显示均记录射线检测：不小于4mm的气孔；不小于5mm的夹渣表面检测(渗透、磁粉等检测方法)：大于1．5mm的缺陷显示渗透、磁粉检测：大于2mm的缺陷显示

1.2 缺陷定性与定量

1.2.1 缺陷定性

在ASME规范第Ⅺ卷中缺陷特征化处理时采用了保守的假定，即假定所有检测出的缺陷均为平面型或线形缺陷。这样，裂纹、夹渣、气孔、未焊透、未熔合、分层以及这些缺陷以任意组合形式等出现时，就可以用最少的标准来进行评定。此外，为了简化缺陷分析，规范把所有形状不规则的缺陷都简化成理想的简单几何形状来处理。这样，不仅简化了有关缺陷的标准，也便于断裂力学原理的应用。

在RSE-M规范中，依据检测方法的不同，对缺陷定性也分别不同。渗透检测分为圆形显示和线形显示，其中线形显示被认为是危险缺陷。射线检测一般以在底片中缺陷显示呈现的在焊缝中的位置和缺陷特征判断缺陷性质，分为圆形显示、线形显示、裂纹、未熔合和未焊透等。手动超声检测一般通过缺陷回波特征(EN-1713《焊缝无损检测》焊缝中缺陷的特征)对平面状或非平面状内部显示缺陷进行分类；自动超声检测一般通过B扫或D扫中的缺陷特征和端点衍射信号来判断缺陷性质，并将缺陷分为体积型显示和平面型显示，平面型显示被认为是危险缺陷。

1.2.2 缺陷定量

缺陷定量，即缺陷大小和数量的测量。缺陷大小主要包括缺陷的长度、高度、面积等。不同类型的缺陷需要测量出缺陷不同的信息。役前和在役检查中，缺陷大小是判断其是否可以接受的主要依据。

1.3 缺陷验收

缺陷验收主要是指根据检测得出的缺陷性质以及测量的缺陷尺寸，与规范中规定的验收准则(一般以表格的形式)进行比照，确定缺陷是否可以接受的过程。对于役前和在役检查中的一些平面型缺陷或者假设为平面型的缺陷，在缺陷验收表格对比前还需经过尺寸归一化处理、相关性分析等流程。

1.3.1 验收准则

ASME规范中规定役前及在役检查期间，如果探测到的缺陷满足ASME规范第III卷的无损检测验收标准(部件制造中的验收标准)，并在质量保证记录中备有证明文件，或探测到的缺陷满足ASME规范第Ⅺ卷的验收标准，则受检部件可以验收。在役检查期间，如果探测到的缺陷超过ASME规范第Ⅺ卷的验收标准，但按照ASME的要求进行的分析评定满足其验收准则，则该受检部件仍可以验收。其中ASME规范第Ⅺ卷验收标准将缺陷分为平面型、分层(可认为是平面型缺陷的一种类型)和线形缺陷，根据受检对象的核级别和材料不同，分别针对每一类缺陷规定了验收表格进行评定验收，在缺陷归一化处理后依据受检对象的厚度决定所允许缺陷的大小[1]。

RSE-M规范中规定役前检查期间，如果探测到的缺陷满足法国《核岛机械设备在役检查规则》(以下简称RCC-M规范)验收标准(部件制造中的验收标准)，则受检部件可以验收。在役检查期间，如果探测到的缺陷满足RCC-M规范的验收标准，或者满足RSE-M附录5.2的验收标准，亦或按照要求经分析评价，安全裕度满足要求(缺陷经分析评价后在核电厂的整个运行寿期，不会因缺陷尺寸扩展或其他原因对核电站的安全运行造成影响)，则该部件可以验收。在RSE-M规范中仅对平面型缺陷规定了专门验收标准，对于其他类型缺陷一般引用RCC-M规范中的规定。

1.3.2 平面型缺陷的归一化尺寸

所谓的归一化尺寸,即按照一定的换算准则将所测缺陷尺寸进行处理，便于按照统一的原则对缺陷的形状进行定量描述。ASME规范和RSE-M规范的验收标准均规定了平面型缺陷的尺寸归一化处理的方法。

1.3.3 缺陷相关性分析

考虑到相邻的缺陷可能会发生扩展而连接在一起，规范对于相邻缺陷规定了相关性判断原则，对于相关的两个或多个缺陷应合并为一个缺陷。并以合并后的尺寸来评价缺陷是否可以接受。ASME规范和RSE-M规范在判断相邻缺陷是否相关的整体思路上基本一致，仅在评价指标上存在一些差异。相邻缺陷是否相关取决于每个缺陷尺寸位置归一化尺寸(如长度或高度)以及缺陷间的距离。

2 RSE-M和ASME规范缺陷处理的主要区别

(1) RSE-M规范在役前阶段要求采用检测手段进行缺陷定性(如平面型或体积型，圆形或线形)，ASME规范则保守认为所有役前和役中发现的缺陷均为平面型或线形等危害性缺陷。

(2) RSE-M规范在役检查中跟踪的缺陷需和此前该缺陷的检测结果进行对比，并判定缺陷是否发生显著变化，ASME无此要求。

(3) RSE-M规范的缺陷验收表无法适用于所有尺寸(长高比)的缺陷，ASME可以对任意尺寸缺陷的可接受性进行判定。

(4) RSE-M的验收标准、相邻缺陷的合并原则等，是根据设备功能(如压力容器、稳压器或蒸汽发生器等)的不同分别规定的；ASME的验收标准依据设备的尺寸、运行工况等(如焊缝厚度、应力因子等)的不同分别规定。

(5) ASME规范对役前和在役检查中可能出现的所有缺陷均单独规定了验收准则，RSE-M规范仅规定了平面型缺陷的验收准则，其他类型缺陷的验收准则均需引用RCC-M规范的相关要求。

3 实例分析

某电厂实施在役检查，该厂稳压器筒体与筒底封头连接焊缝厚度为84 mm，内表面堆焊有7 mm的不锈钢耐腐蚀层。某次在役检查中，按照规范要求对该焊缝从外表面实施超声检测，检测中发现了两处相邻的周向缺陷显示D04和D05，该焊缝上的具体缺陷信息见表2。分别依据RSE-M和ASME对其进行分析评价。

表2 某焊缝具体缺陷信息 mm

缺陷尺寸示意如图2所示。

图2 缺陷尺寸示意

3.1 依据ASME规范第Ⅺ卷分析

(1) 缺陷显示复合性

D04和D05缺陷距焊缝中心线的距离为14～15 mm，间距S小于13 mm，可认为两个缺陷为共面的平面缺陷。两个缺陷的间距S为4.5 mm，大于4 mm,因此为独立的两个缺陷显示。

(2) 缺陷验收分析

D04的形状比(缺陷归一化高度和长度的比值)a/l=2/21.5=0.093，缺陷与表面接近因子Y=19.8/2，大于1,取Y=1，表3为ASME规范稳压器缺陷显示验收准则(节选)，使用线性差值法计算出壁厚为84 mm时，形状比为0.093的缺陷允许的a/t值为3.27%,即a不得大于2.75 mm。因此，缺陷D04可以接受。

同理可得缺陷D05也可以接受。

表3 ASME规范稳压器缺陷显示 验收准则(节选) %

(3) 验收分析结论

依据ASME规范第Ⅺ卷，缺陷D04和D05均可以接受。

3.2 依据RSE-M规范分析

(1) 缺陷显示的几何包络尺寸分析

D04和D05缺陷距焊缝中心线的距离范围为14～15 mm，应按照共面缺陷的互不相关性条件进行分析。

对于D04和D05缺陷显示，其最近端点的距离为4.5 mm。对D04和D05分别建立相互关联矩形，缺陷显示关联示意如图3所示，这两个相互关联矩形相交(d=2.4 mm,重合距离为0.3 mm)，因此这两个缺陷显示相关。依据RSE-M标准，这两个缺陷显示应合并为一个缺陷进行分析。

图3 缺陷显示关联示意

(2) 缺陷验收分析

(3) 验收分析结论

依据RSE-M标准，缺陷D04和D05超出了验收标准的阈值，不可以接受。

Comparison of Defects Analysis Method of Nuclear Power Equipment During Pre-service andIn-service Inspection Based on ASME and RSE-M Codes

GE Liang1, YANG Yong1, XU Xuguang1, HUANG Chao2

(1.Research Institute of Nuclear Power Operation, Wuhan 430223, China；2. CNNP Nuclear Power Operation Management Co., Ltd., Jiaxing 314300, China)

In the pre-service and in-service inspection of nuclear power plant equipment, the defects to be detected in the unclear class weld required for rigorous analysis and evaluation to ensure the safe operation of the nuclear plant. This paper describes the general process of defect display and takes the ASME and RSE-M codes as example to analyze the properties of defects, size normalization, correlation, and acceptance and so on. The difference between the two codes has been also summarized in the paper.

nuclear class weld; pre-service inspection; in-service inspection; defect analysis; ASME; RSE-M

2017-02-16

葛 亮(1986-)，男，学士，工程师，主要从事无损检测技术研究和工程应用工作

葛 亮，gel@cnpotech.com

10.11973/wsjc201705019

TG115.28

A

1000-6656(2017)05-0099-04