脉冲反应堆压力容器内壁水下视频检查技术

任俊波 王学权 罗建东 童靖垒 王哲 刘成 许贵平

摘  要：本文描述了脉冲堆的特点及我国脉冲堆发展的历史。详细分析了压力容器内壁水下视频检查技术的相关要求，包括相关法规、检查技术、检查设备、专用试块、检查程序以及结果处理的相关要求。脉冲堆是我国重要的研究堆之一，是我国核工业的重要组成部分，可靠的研究堆专用在役检查技术能够保障脉冲堆的安全运行，有利于我国核工业事业的健康发展。

关键词：脉冲堆  水下视频检查  压力容器内壁  间接目视检查

Underwater Video Inspection Technology for Inner Wall of Pressure Vessel of Pulsed Reactor

REN Junbo  WANG Xuequan  LUO Jiandong  TONG Jinglei  WANG Zhe  LIU Cheng  XU Guiping

（Nuclear Power Institute of China， Chengdu， Sichuan Province， 610213 China）

Abstract： This paper describes the characteristics of pulsed reactor and the development history of pulsed reactor in China. The relevant requirements of underwater video inspection technology for inner wall of pressure vessel are analyzed in detail， including relevant regulations， inspection technology， inspection equipment， special test block， inspection procedure and result processing. Pulsed reactor is one of the important research reactors in China and an important part of China's nuclear industry. Reliable in-service inspection technology for research reactor can ensure the safe operation of pulsed reactor and will profit the healthy development of China's nuclear industry.

Key Words： Pulsed reactor; Underwater video inspection; Inner wall of pressure vessel; Indirect visual inspection

核反应堆是实现核燃料受控核裂变链式反应的装置。反应堆按用途分大致可以分为研究堆、动力堆、生产堆和特殊用途堆等。研究堆在核科学和技术的发展中起着重要作用，脉冲堆是我国重要的研究堆型。脉冲堆采用铀-氢化锆燃料元件，在科学研究方面具有广泛的应用价值，是一种具有固有安全特性的中子源辐照反应堆，在科学研究方面具有较大应用价值。我国第一座脉冲堆于1990年由中国核动力研究设计院设计研制建成[1]。第二脉冲堆是西安脉冲堆，该堆于1996年1月开工建造，2001年1月投入试运行及实验应用，该脉冲堆具有一堆多功能的独特性能[2-3]。脉冲堆属于游泳池堆型，压力容器不设置顶盖，只设置活动式盖板，来自空气中的外来物较多，因此需要定期对压力容器内壁实施水下视频检查。

1水下视频检查技术及设备

无损检测技术中的目视检查方法包括直接目视检测和间接目视检测技术。直接目视检测是指直接用人眼或使用放大倍数为6倍以下的放大镜，对试件进行检测。对于无法直接进行观察的区域，可辅助以各种光学仪器或设备进行间接观察，如使用反光镜、望远镜、工业内窥镜或水下视频检测装置进行检测[4]，水下视频检查属于间接目视检测的一种。

脉冲堆压力容器内壁水下视频检查采用的是进口耐辐照摄像机，该型号摄像机可适用于水下和空中。进口耐辐照摄像机由摄像机和控制器兩部件组成。摄像机包括彩色高清CMOS变焦相机，外接高强度LED照明;控制器由一个高清显示器、一个高清录像机和一个控制单元组成，它可将视频记录到固态硬盘内[5]。控制器可外接键盘和外部监视器，以实现远程摄像机查看可控制功能。摄像机和控制器通过电缆连接，进行数据传输。

压力容器内壁检查采用长杆工具，该工具采用可伸缩式长杆设计，头部采用专用工装夹具，可对摄像机进行固定，尾部连接吊车，长杆长约10米，检查时，通过操作吊车和人工手动调节方式，改变摄像机位置，达到压力容器内壁各部分区域检测的目的。

2目视检查法规要求

国内有关间接目视检测技术及相关标准较少[6]，1996年我国正式发布了航天标准QJ2859-1996《工业内窥镜操作使用方法与判定规则》[7] ;2007年我国国家质检总局发布的GB/T20967-2007《无损检测目视检测总则》，该标准规定了目视检测确定产品是否符合规定的要求时，直接目视检测和间接目视检测的一般原则[8]。核工业系统由于行业的特殊性，直接采用美国ASME（锅炉及压力容器规范）和法国RCC-M（压水堆核电站核岛机械部件设计建造规则）目视检测标准 [9]。

美国ASME规范第五卷第9章对目视检测的适用范围、检测规程、检测方法、检测报告等方面给出了具体的要求。ASME规范中对不同类型、不同等级的产品和部件提供了不同的验收要求。

法国RCC-M标准第III卷MC7000对目视检测方法提出了应当满足的要求，包括检测对象、文件、检测装置、对比试样、检测区域、检测条件和检测报告等。

3水下视频检查试块

根据美国ASME规范第五卷第9章对目视检测灵敏度的要求，间接目视检测的分辨能力，至少和直接目视检测相当。直接目视检测要求发现18%中性灰卡上宽度为0.8mm的黑线。根据ASME规范要求，并且考虑到灰卡无法在水下使用，因此采用了与压力容器内表面颜色和粗糙度相似的不锈钢材料制作水下视频检查专用灵敏度试块，在试块上设置了4道宽度为0.8mm的刻槽，试块图纸见图2所示。

4压力容器内壁水下视频检查程序

4.1 现场条件检查

核对受检部件的标识号、可达性及表面状况等现场条件，受检部件表面状态满足检测要求：被检表面必须清洁，无影响被检件表面缺陷的异物存在。

4.2 检验设备检查

在实施检测之前检查设备的有效性，确保设备在有效期内且处于工作可用状态。

4.3 温度和照度测量

对检验表面用照度计进行测量，确保照度在检查要求范围内，并记录相应数值。

4.4 确定检验灵敏度

利用水下视频摄像机和专用水下视频检查专用灵敏度试块上的刻槽进行灵敏度测试，须满足灵敏度要求。

4.5 水下视频检测

将长杆工具和水下视频摄像相连接，利用吊车和人力手动定位方式将摄像机送达指定位置，摄像机镜头与被检测对象表面保持垂直，调整焦距得到清晰画面后对被检部件表面实施间接目视检测时，摄像机的焦距应小于或等于灵敏度测试时的焦距[10]。

4.6 记录和现场清理

所有观察到的缺陷显示都应进行标识并记录，可采用示意图或照相方式记录。检测完成后清理现场，回收工具并对工具进行去污处理，恢复环境。

5水下视频检查结果处理

5.1 不同检查时机的检查方法

脉冲堆壓力容器水下视频检查技术主要针对脉冲堆的在役检查，出厂及役前检查时，由于压力容器内没有放射性，因此可采用直接目视检查的方式，

5.2 检查重点及可能出现的缺陷

出厂及役前检查的重点为焊缝的原始缺陷，如外观缺陷、裂纹、气孔、未熔合、未焊透等缺陷。在役检查的重点为容器内壁母材及焊缝上可能存在的运行缺陷，如腐蚀坑、腐蚀裂纹、腐蚀产物堆积、色斑、局部变色等。

5.3 结果处理

对在役检查过程中发现的腐蚀性缺陷，如腐蚀坑、腐蚀裂纹等危害性缺陷，应进行记录并及时上报，采用业主制定的不符合项处理流程对缺陷进行评估及处理;对发现的腐蚀产物堆积、色斑、局部变色等缺陷进行记录，在综合评估危险性后执行相应的缺陷处理程序。

6结语

本文描述了脉冲堆压力容器内壁水下视频检查技术的相关要求，包括相关法规、检查技术、检查设备、专用试块、检查程序以及结果处理的相关要求。我国的核工业事业正处于快速上升阶段，研究堆是我国核工业的重要组成部分，可靠的研究堆专用在役检查技术有利于我国核工业事业的健康发展。

参考文献

[1]俞冀阳. 核工程基本原理[M]. 清华大学出版社.2016

[2]张良，袁建新，赵巍，王宝生，张强，朱广宁，杨宁，陈立新，江新标.西安脉冲反应堆半实物仿真系统设计研究[J].核动力工程，2021，42（2）：99-104.

[3]陈立新. 脉冲反应堆过冷沸腾传热特性与堆芯空泡份额计算方法研究[D].南京航空航天大学，2012.

[4]王跃辉. 目视检测[M]. 机械工业出版社.2006：46-47

[5]余桐，付东亮，王复晓.柔性视频检查技术在EPR机组蒸汽发生器二次侧视频检查中的应用[J].中国设备工程，2020（3）：183-184.

[6]孙世杰，毛艺乔，高燊甫，李敏，廖路，刘旭东，徐涛.某研究堆建立综合管理体系探究[J].设备管理与维修，2021（15）：5-7.

[7]QJ2859-1996 工业内窥镜操作使用方法与判定规则[S]

[8]GB/T 20967-2007 无损检测目视检测总则[S]

[9]张平威. 反应堆无损检测机器人三维控制系统设计研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2020.

[10]董文普.基于深度强化学习的视频自动描述研究[D].成都：电子科技大学，2018.

其他作者：王学权，（1980—），男，硕士研究生，副研究员，研究方向为核工业无损检测技术 第一作者：任俊波，（1980—），男，博士，副研究员，研究方向为核工业无损检测技术 DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2108-5640-1786 中图分类号：TL3 作者简介：任俊波，（1980，12-），男，汉族，四川成都人，副研究员，博士，研究方向：核工业无损检测技术;王学权，（1980，05-） 男，汉族，研究员，硕士研究生，研究方向：核工业无损检测技术。