蒸发器传热管密封焊液体渗透自动检查技术研制

辛露 高厚秀 高谊 王洪伟

【摘 要】随着核电站运行时间的增长，倒U型传热管必须经受超高水压、极端温度、核辐射的影响，容易产生裂纹、凹陷等缺陷，最终导致传热管与管板连接处焊缝的失效。为了对此处焊缝进行渗透检查，研制了一套蒸发器传热管密封焊液体渗透自动检查设备（PECKER）。本文阐述了此设备的工作原理、结构、检验技术以及试验验证的结果。

【关键词】蒸发器；管板密封焊；液体渗透检查

中图分类号： TQ051 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）16-0019-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.008

【Abstract】Along with the growth of the plant running time， inverted U type heat pipe must be subjected to high pressure， the influence of extreme temperature， radiation， easy to produce the defects such as cracks， dents， eventually leading to transfer heat tube to tubesheet joint weld failure. In order to infiltrate the weld， a set of evaporator heat pipe seal welding liquid permeable automatic inspection equipment （PECKER） was developed. This paper describes the working principle， structure， inspection technology and test results of the equipment.

【Key words】Evaporator； Tube plate seal welding； Liquid penetrant inspection

0 引言

在核电站中，蒸汽发生器（简称SG）主要功能是作为热交换设备将一回路冷却剂中的热量传递给二回路的水，使其产生饱和蒸汽供给二回路的汽轮机发电。冷却剂由蒸汽发生器下封头的进水接管进入水室，在倒U型传热管内流动，传热管表面與二回路水接触，传热给二回路水，并使其汽化，完成一、二回路之间的热交换。倒U型传热管对核电站安全可靠的运行起着十分重要的作用[1-2]。

随着核电站运行时间的增长，长期须经受超高水压、极端温度、核辐射影响的传热管容易产生裂纹、凹陷等缺陷，最终导致传热管与管板连接处焊缝的失效[3]。因此，在役检查中对蒸发器传热管与管板密封焊进行液体渗透检验，对确保核电站的安全十分必要。我司研制了蒸发器传热管密封焊液体渗透自动检查设备（PECKER，下同）。本文描述了该设备的工作原理、结构、检验技术及试验验证的结果。

1 PECKER介绍

PECKER主要由执行装置、运载平台、液体收集装置、执行装置控制箱、摄像头控制箱及存储、显示系统组成。执行装置控制箱和摄像头控制箱及存储、显示系统组成布置在检测现场外，实施远程控制。控制箱由控制卡、驱动器、电源等组成。检测控制箱中有急停功能，在系统运行时，可以通过急停按钮迅速停止所有运动。液体收集装置及运载平台控制箱布置在蒸汽发生器房间内。

在实施现场检查时，首先将定位器通过加载长杆快速定位，安装在蒸汽发生器传热管管板上，在确认定位器成功安装后，将执行单元与定位器联接，并通过容器内的监视器核实联接已发生，详见图1。

1.1 机械结构

PECKER执行单元主要有预清洗子模块、渗透液施敷子模块、图像采集子模块、去除与干燥子模块四个部分，以上四个子模块集成在圆形基座上。执行单元如下图所示（图2）。

1.2 电气控制

电气控制系统以控制卡为核心控制单元，通过触摸屏进行远程控制操作。

1.3 软件设计

为配合该检查装置共开发了两种软件，一种为视频测量软件，另一种为控制软件。

蒸发器传热管密封焊液体渗透自动检查中使用的视频测量软件在现有软件平台上进行适应性修改，增加千兆网相机输入模块及相机数据采集存储管理模块，针对蒸发器水室光照环境、金属反光状态对原测量软件的图像特征提取及分析模块做适应性修改及参数调整。

控制软件主界面分为4个区：系统功能区、状态监控区、操作面板区、系统消息区。见图3。

系统功能区：实现软件与PLC及LED灯控制器的连接；

状态监控区：显示自动渗透系统各个执行元件的状态；

操作面板区：控制自动渗透系统的功能按键集合；

系统消息区：显示系统当前操作动作信息。

2 工作原理

执行单元各模块可按需求组装在一个联合操作平台上，通过快速链接装置，安装在运载平台上；控制信号电缆和气液管路集成后跟随运载平台同步运动。其中执行单元搭载于运载平台上完成检查定位。执行单元主要实现对蒸发器传热管与管板密封焊和堵管密封焊及热影响区的液体渗透检查，运载平台用于将执行单元从蒸发器任意管孔处输送至待检对象正下方。

控制模块主要分为电气控制子模块、气动控制子模块，液压控制子模块。其中电气控制子模块为图像采集子模块、照明单元提供电源支持及功能控制操作，气动控制子模块为渗透检查各模块提供气源支持的功能控制操作，其中供水水路包括去离子水供水与渗透液供水两种水路。气路子系统包括执行单元供气气路，渗透液供气气路两种气路。水、气路子系统需要通过岛外集装箱内的操作终端控制，完成相应的设计动作。工作原理框图见图4。

3 检验技术

PECKER的液体渗透检查方法采用水洗型荧光自显像渗透检查方法。清洗液为自来水或去离子水，渗透液为水洗型荧光渗透液。

水洗型荧光自显像渗透检查方法直接使用自来水或去离子水清洗，且易清洗、安全无毒、使用方便、不可燃、不污染环境。基本成分是荧光染料和水，特点及适用范围与水基型着色渗透液基本相同，但灵敏度较高。特别适用于受力要求不高部件，结构复杂表面粗糙度不好的部件。考虑到密封焊的原始状态存在焊波，表面粗糙，不利于渗透剂去除的特点，因此PECKER选用低等灵敏度水洗型荧光渗透液。

蒸汽发生器传热管密封焊渗透自动检查步骤详见图5。

本文中主要解决的技术难点是渗透剂的施敷和去除。

3.1 渗透剂的施敷

在试验室将硼酸融入渗透液中并制成饱和溶液，试验室温度在23℃左右，分别将加入硼酸的渗透液和未加入硼酸的渗透液施加到模拟体上进行检验灵敏度对比试验。通過对比试验的测试，荧光渗透液中加入硼酸后，其检验灵敏度略有下降，理论上是由于渗透液浓度的降低而产生的，但未发现在渗透液中加入硼酸后会导致渗透液荧光湮灭，或其他意外现象。渗透液施敷示意图见下图6。

3.2 渗透剂的去除

渗透剂去除采用喷嘴方式，通过调整喷嘴与密封焊的距离，调整供给水的压力，采用不同的清洗时间，获得最佳的清洗效果参数，清洗效果详见下图7。

4 试验与验证

4.1 灵敏度测试

应用检验渗透剂灵敏度和操作工艺准确性的五点试块（PSM-5）来检查水洗型荧光渗透剂的灵敏度。试验证明能够分辨出PSM-5试块上的两个点，证明该渗透液灵敏度正常。

4.2 预清洗子模块功能测试

由于蒸发器传热管管板上存在着大量的硼结晶，仅靠水的冲洗无法将硼结晶去除，因此在预清洗子模块中会使用刷子的结构对单管焊缝表面的硼结晶进行清洗。

预清洗子模块功能测试结果详见图8，被检部位上的附着物能够被清洗干净，满足渗透要求。

4.3 渗透液施敷模块功能测试

渗透液需要施敷至堵管焊缝和管板焊缝上，并能够保持湿润状态。渗透液施敷模块功能测试结果详见图9。

4.4 渗透液去除模块功能测试

被检部位上的渗透液需要被清洗干净和干燥，满足显像要求。在去除渗透液的过程中，既要保证能去除工件表面多余的渗透液，也要防止因为过清洗而导致缺陷无法显示。渗透液去除模块功能测试结果详见图10。

4.5 残液收集模块测试结果

残液收集单元能迅速地将渗透检查残液收集起来，能够保证预清洗及去除时喷出的自来水或去离子水在渗透检查模块中留存水量不大于10ml。

4.6 图像采集分析及测量

图像采集分析模块能实时观察液体渗透检查的全过程，图像采集分析单元当与液体渗透检查同步进行，图像处理则能从采集的图像资料中随意调用，两者独立进行操作。

按照检查流程，对输入图像进行标定、边界提取、测量、结果记录等操作，然后按照标定试板上的剂量尺寸进行对比，验证测量误差小于0.3mm。测量精度测试结果详见图11。

5 结束语

本文介绍了自主研发的PECKER系统，并通过了大量试验对其性能进行了验证，结果表明PECKER满足传热管密封焊液体渗透自动检查的要求。

【参考文献】

[1]GB/T 16702-1996 压水堆核电厂核岛机械设备设计规范[S].

[2]NB/T 20001-2013压水堆核电厂核岛机械设备制造规范[S].

[3]渗透检测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，北京：机械工业出版社，2005.7.