超声技术和红外技术在AP1000 阀门内漏检查的应用

陶佳林 吕元亮

三门核电有限公司 浙江台州 317112

1 概述

电站阀门是否内漏，对电站的影响至关重要，运行中一旦出现阀门内漏，常常会使得机组效率下降，严重者甚至会引起停机事故，因此阀门内漏是发电企业普遍存在的重大节能问题，快速检测并治理阀门内漏则是发电企业节能减排的重要举措。面对国家日益迫切的节能减排要求，核电企业在保证核安全的基础上，也越来越重视机组的节能减耗。

2 阀门内漏的检测机理

2.1 超声波阀门内漏检测原理

任何材料在外力或内里作用下发生摩擦、裂纹或变形时，会以弹力波的形式释放处应变能量[1]。阀门在关闭状态下，当阀门严密性较好，不存在泄漏时，管道中的介质（液体或气体）被阀门隔断，介质无法从高压区流向低压区；但当阀门严密性变差，存在泄漏时，管道中的介质（液体或气体）会通过泄漏点，从高压区流到低压区，在此过程中泄漏的介质会在低压区产生紊流[2]。紊流流场使得介质内部相互摩擦作用产生声发射信号，该信号是含有各种频段成份的声波，通常紊流产生的噪声中，超声波的成份比可听见的普通声波成份强烈得多。并且超声波信号的强度大小与泄漏速率和泄漏量成正比[3]。而超声波检测仪可将捕捉到的声波信号经过压电晶体转换成电信号，因此通过超声波检测仪器，将探头放置在阀门附近的低压区管道上，探头便会很容易得捕捉到其中的超声波信号，通过换能元件变成电信号后经过信号处理在仪器上显示出来，从而实现阀门内漏的判断。

2.2 红外阀门内漏检测原理

通常系统中的管道上的阀门关闭时，阀门上下游的介质存在一定的温差，正常的阀门往往在阀门上下游会产生均匀的热梯度[4]，而存在内漏的阀门在阀门上下游不均匀的热梯度，通过红外热成像仪测量到阀门上下游的热梯度，根据热梯度的特征实现阀门内漏的判断。

3 阀门内漏检测应用

BDS 系统阀门内漏检查。BDS 系统（蒸汽发生器排污系统）主要功能是从蒸汽发生器中出去沉积物以及对蒸发器进行疏水。2019 年某月，运行人员发现BDS 系统中SG 排污热交换器B 管侧阀门（V030B）下游管道开口处存在目视可见的泄漏（约3 秒一滴），同时发现V023B/025B/027B 下游管道开口处存在泄漏，但是由于上游同时存在3 个阀门，传统方法无法准确定位泄漏阀门位置[5]。

由于该系统阀门上下游存在明显的温差，所以本次采用红外测量优先，超声检测辅助的检漏策略，对阀门进行红外热图采集（如图1 左），采集结果如下：

经修正测量，三台阀门上下游管道温度数据如表1：

表1 阀门上下游温度表

图1 阀门红外修正图

1-BDS-V023B 阀门下游管道温度接近环境温度，未发现内漏特征热信息。

1-BDS-V025B 阀门上下游管道温度均高于环境温度，且温差较小。调整着色板后（图1 中）未在下游管道发现明显的热梯度带，表明管道内有持续的热源，金属热传导不是管道传热主要形式，符合内漏特征热信息。由于管道与环境的温差较小（6℃），所以怀疑该阀门存在轻微内漏。

1-BDS-V027B 阀门上下游管道温度均高于环境温度，调整着色板后（图1 右）未在下游管道发现明显的热梯度带，表明管道内有持续的热源，金属热传导不是管道传热主要形式，符合内漏特征热信息。由于管道与环境的温差较大（76℃），所以该阀门存在内漏，且泄漏量较大。

超声波检测方法：每个阀门（增加对比阀门V0019B/V024B/V026B）上下游分别选取等距离的两个测点，从上到下依次为A、B、C、D 点，各阀门超声检测数据见表2：

表2 BDS 超声波强度测量表

从超声波强度来看，阀门V024B/V025B/V027B 上下游强度均符合C 点大于B 点，C 点大于D 点的典型泄漏情况，其中V027B强度最大，V025B 强度次之，V024B 强度最小，根据经验V024B超声波强度值低于5dB，故认为泄漏量符合要求。

从频谱图和时域图来看，相比于V025A 无泄漏阀门的频谱图和时域图，V027B 和V025B 的时域波形离散，波动大，以及频谱图中各频段能量大于其他阀门，因此判断V027B 和V025B 阀门存在泄漏的概率较大，从超声波强度来看，V027B 阀门泄漏率大于V025B 阀门泄漏率。

综合红外诊断与超声检测分析，V027B 存在内漏，泄漏量较大；V025B 存在内漏，泄漏量较小，最后通过解体检查，发现V027B阀门确实存在泄漏。

图2 V025A 和V025B 频谱图和时域图

图3 V025B 和V027B 频谱图和时域图

4 结语

超声技术和红外技术等技术在AP1000 机组阀门内漏的应用，为阀门内漏检查提供了一种高效、便捷的新方法。特别是对于系统中存在多个并列布置无法单独隔离的阀门，传统方法无法准确定位，全部解体又导致过度维修的问题解决有重要意义。