核电厂凝汽器钛管变形缺陷的分布统计及原因分析

谷昊

（辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连116300）

1 概述

冷凝器钛管作为核电厂二、三回路的边界，一旦发生破损，海水进入二回路工质，将对系统设备造成影响。目前各个电厂普遍采用涡流检测的方法对冷凝器钛管进行预防性在役检查，以期及早发现存在超标缺陷的钛管并进行处理，监测钛管整体运行状况、跟踪其缺陷的变化趋势[1]。

国内某电厂在冷凝器钛管进行涡流检测的过程中，发现较多缺陷信号，且分布呈现一定的规律性，本文对各机组冷凝器钛管涡流检测结果加以归纳总结，分析其缺陷分布规律，同时对缺陷产生的原因进行分析。

2 各机组凝汽器钛管变形缺陷的分布统计

2.1 凝汽器钛管的变形缺陷数量多、变形程度大

变形类缺陷是指钛管在外力的作用下出现变形、变形处未伴随出现材质损失（如磨损、腐蚀）的缺陷类型。变形类的缺陷主要包含以下几类缺陷类型：DNT（支撑板处凹陷）、DNG（自由段处凹陷）、BND（自由段处缓慢变形）、OBS（不通管）。其中BND（自由段处缓慢变形）类型缺陷，在该核电厂为首次发现，在其他核电厂冷凝器涡流检测过程中未出现类似的缺陷显示。该核电厂的不通管数量多于其他电厂平均水平。与之相似的是，其大幅值的DNT（支撑板处凹陷）的数量同样多余其他电厂。因此，该电厂变形类型缺陷数量多、幅值大，推断是由某些特殊原因引起的。

2.2 该核电厂变形缺陷的分布规律

该核电厂冷凝器钛管变形缺陷的位置分布特征非常明显。以某次大修A3 水室的DNT 信号分布为例：

图1 A3 水室DNT 信号分布图

图1 中绿色对应幅值10～40V；黄色对应幅值40～70V；棕色对应幅值70～100V；红色对应幅值100V 以上；黑色为前几轮大修涡流检测为不通管或者幅值较大的凹陷，进行堵管处理的钛管。从图中可以看出，DNT 类变形缺陷分布集中，且很规律。各个机组其余变形类缺陷的分布也都呈现类似的特征。

3 凝汽器钛管变形原因分析

各机组冷凝器钛管的变形有数量多、变形程度大、位置分布规律、缺陷发展速度各异、同一机组可能存在两列变形程度差距巨大的特点。根据以上特点，提出导致钛管变形的几个假设：

（1）设计问题：钛管受到冲击较大；

（2）制造缺陷：钛管材质不满足要求、凝汽器制造缺陷；

（3）运行环境：循环水系统运行方式不当、异物进入系统；

针对以上三个假设，进行钛管实验分析、冷凝器检查情况分析和机组运行情况分析。

3.1 钛管实验分析

从冷凝器中随机抽取未变形钛管进行试验，判断凝汽器钛管材质是否满足质量要求，主要工作包括：钛管组织分析；钛管化学成分分析；钛管拉伸性能分析。

（1）钛管组织分析：

基体金相组织为细小的α 相，晶粒度等级为9～10 级；

熔合良好，未见气孔、裂纹、未熔合等缺陷；

焊缝金相组织为铸态片状α 相+少量针状α 相，未见焊接缺陷（图2）。

（2）钛管化学成分分析

钛管元素含量均满足标准ASTM B338-2014 标准对Grade 2 材料的化学成分要求。

表1 冷凝器钛管化学成分分析表

（3）钛管拉伸性能试验

沿钛管轴向制取3 根弧形拉伸试样，分析钛管拉伸性能。分析表明钛管室温拉伸性能满足标准ASTM B338 的要求（表2）。

钛管实验分析结论：综合上述三个试验分析，我们认为钛管材质满足制造要求——钛管化学成分满足标准要求；钛管金相组织未见异常；钛管拉伸性能满足标准要求。

3.2 冷凝器检查情况分析

3.2.1 冷凝器钛管内部的内窥镜检查

对各个机组涡流检查过程中的不通管（OBS）进行内窥镜补充检查，管子的变形状况基本类似：变形钛管内部无异物，管壁无尖锐变形，管壁变形比较平缓，变形为整体压扁。

3.2.2 冷凝器汽侧钛管外部检查

在对冷凝器汽侧进行检查的过程中，发现有钛管间隙及指缝区域结冰的现象。

3.2.3 冷凝器结冰推断

如果机组停运时间为冬天，周边环境温度极低，当主汽阀关闭后，循环水泵如需继续保持运行，循环水温度长期低于0℃，会造成冷凝器汽侧结冰。

3.3 机组运行情况分析

前文对变形缺陷的分布进行统计，其中4 号机A、B 两列变形程度差距大，最具典型性。因此以4 号机为例，分析4 号机临停期间的运行情况，推断4 号机各模块的结冰程度，进而判断机组运行与各模块钛管变形的相关性。

3.3.1 4 号机运行情况

2016 年1-3 月，2017 年1-3 月4 号机临停期间，循环水温度低于0℃。期间A 列CRF泵保持运行，B 列CRF 泵保持停运。

3.3.2 4 号机凝汽器理论结冰判定

结冰物质分布：凝汽器结冰物质主要为GPV 喷淋和GCTc 蒸汽，综合喷淋和蒸汽的分布情况，A2 模块结冰物质较多，A3 模块次之，A1 模块少。

循环水泵的运行情况：两次临停期间，均为A 列循环水泵保持运行，B 列循环水泵保持停运，凝汽器B 列无结冰条件。

综上，A 列各模块理论结冰量排序：A2＞A3＞A1，B 列模块无结冰。

3.3.3 4 号机凝汽器理论结冰与变形的对关系

上文分析了2016 年1-3 月、2017 年1-3月4 号机临停期间的运行状况，在2017 年5月对4 号机冷凝器钛管进行了涡流检测，检测范围覆盖了空冷区及其周边区域。

将 4 号机各模块理论结冰情况与变形钛管（BND＞70/DNT＞70/OBS）数量进行对比。结果表明二者有对应关系，即理论上结冰最多模块，其变形钛管数量也最多（表3）。

3.3.4 临停期间CRF 配置

4 号机冬季临停时，CRF 泵保持运行，给常规岛相关设备提供冷却水。由于海水温度较低，使凝汽器循环水入口温度温度较低，存在结冰条件。

4 结论

4.1 各机组冷凝器钛管的变形有数量多、变形程度大、位置分布规律、缺陷发展速度各异、同一机组的两列之间可能存在变形程度差距巨大的特点；

图2 冷凝器钛管金相组织图

表2 冷凝器钛管拉伸性能分析表

表3 号机冷凝器各模块理论结冰分布与变形钛管数量对比

4.2 凝汽器空冷区结成较大冰实体，空冷区附近钛管受冰体膨胀、冰体冲击等综合作用，变形弯曲；

4.3 凝汽器各模块钛管变形数量的多少与凝汽器相关设备投运情况有对应关系。