国和一号蒸汽发生器传热管外穿涡流检测验收要求研究

王华锋　毕琦　周祥　胡恩义　郭韵

摘  要： “国和一号”是我国在引进消化吸收AP1000三代核电技术的基础上，通过再创新形成的具有自主知识产权、功率更大的大型先进非能动压水堆核电型号。“国和一号”机组蒸汽发生器传热管制造阶段需要经过外穿过式涡流检测。该文通过对传热管直管涡流检测的验收标准的试验研究，结合ASME与RCC-M等相关规范要求的比较，依据实际检查效果，给出了其涡流验收标准以及对比样管的一些改进建议。

关键词：蒸汽发生器  直管涡流检测  验收标准  国和一号

中图分类号：TL353.13         文献标识码：A           文章编号：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

1背景

国和一号压水堆核电机组是在引进、消化、吸收第三代先进核电AP1000非能动技术的基础上，通过自主创新开发出具有我国自主知识产权、功率更大的非能动大型先进压水堆核电机组。

蒸汽发生器是核电厂核岛主要设备，其传热管是一回路和二回路的压力边界，检测要求很高。国和一号蒸汽发生器传热管在制造过程中，技术条件要求在直管阶段和弯管阶段分别进行涡流检测，且检测线圈和验收标准各不相同。实际检测中发现：（1）不同的检测频率会影响检测灵敏度，可能造成验收准则的不同。（2）用于验收的对比样管上的人工缺陷幅值差异较大，选取最小幅值作为验收标准，将失去其他人工缺陷验收的作用。

该文一方面通过制作灵敏度试验样管，比较各频率下对于灵敏度样管上人工缺陷的检测灵敏度，选择频率/频段，调整验收缺陷的尺寸。另一方面，通过对国和一号蒸汽发生器传热管直管涡流检测的验收标准进行研究，并与其他相关标准比较来确认其验收标准的合理性，探讨对国和一号蒸汽发生器传热管直管涡流检测的验收标准进行改进的建议[1-2]。

2 技术条件与相关规范的比较

国和一号蒸汽发生器传热管（尺寸17.48×1.01 mm，材质Inconel 690TT）直管涡流检测采用的是单频、外穿过式线圈方法。

国和一号设计参考ASME规范，作为一级部件的蒸汽发生器传热管在制作阶段主要参考ASME第三卷（NB-2554），涡流检测的要求如下。

（1）有缺陷的产品所产生的缺陷显示超过标准缺陷显示时判为不合格。

（2）标准试样应包括外表面开有切向或周向缺口，此外还应有直径1.59 mm的穿壁孔。

（3）对镍基合金材料，应在校准试样的内外表面各开一个沿周向延伸的缺口，此外还要开一个直径1.59 mm的穿壁孔。

（4）校准缺口的深度不得大于0.10 mm或5%壁厚（取两者较大值），缺口宽度不得超过1.59 mm，长度约为小于等25.4 mm。

这些人工缺陷也将用来建立对产品的判废标准。

据此，国和一号机组蒸汽发生器传热管检查技术条件规定了相应的验收条件，即在直管涡流检测对比样管上应含下列4个人工缺陷。

（1）内外表面均应有长度最大为12.7 mm、深度最大为0.08 mm、宽度最大为1.0 mm的周向槽。

（2）3个在同一轴向位置沿周向间隔120°分布、直径不大于0.78 mm、深度不大于0.78 mm的外壁平底孔。

（3）1个直径1.59 mm的贯穿单侧管壁的通孔。

应记录大于或等于对比样管上4个人工缺陷（内壁槽，外壁槽，平底孔和穿壁孔）中最小幅值的显示，并拒收。此外，对比样管上还应有用于调整检测线圈中管子同心度的3个最大直径为0.78 mm贯穿单侧管壁的通孔，它们沿周向120°分布且轴向方向分散分布，以避免相互干涉，具体对比样管的人工缺陷见图2。

通过两者（ASME和国和一号技术条件）的对比，我们不难发现（1）（3）所述3个人工缺陷是按照ASME规范NB-2554设计。

另外，（2）中所述的人工缺陷3个平底孔在NB-2554中虽未提及，但在RCC-M关于高镍基合金蒸汽发生器管部分中规定“需制作1个从外表面起钻的平底孔，其直径等于深度，平底孔最大直径根据管的厚度而变化”，见表1所示。

国和一号蒸汽发生器传热管壁厚1.01 mm，孔径适用于0.75 mm，与技术条件规定的0.78 mm基本相当，只是数量发生变化，由1个变为3个。

由于涡流存在趋肤效应，内外壁灵敏度差，外穿检测灵敏度外壁缺陷高于内壁缺陷。理论上，同体积量缺陷最小幅值应是内槽，为此该文在第3节做了试验验证的论述[3-4]。

3试验分析

技术条件中未对于涡流检测频率未作明确规定，只对设备频响有一般要求。根据对于制造厂的调查，传热管制造厂是根据经验选择频率，所选的频率各不相同。目前国外AP1000蒸汽发生器传热管供货商有：SANDVIK、住友和VALINOX，其中SANDVIK建议采用的频率为（100±50）kHz，实际采用100 kHz和110 kHz，住友采用200 kHz，VALINOX采用10 kHz。而国内国和一号蒸汽发生器传热管供货商也有两家，使用的頻率分别是100 kHz和60 kHz。综合上文所述，采用10 kHz、30 kHz、60 kHz、100 kHz和200 kHz这5个频率进行试验，分别制作与上述检测频率相适应的检测线圈。

表2内数值为试验测得人工缺陷幅值，其中内槽统一定义为基准10V。

试验设备如下。

（1）仪器：MIZ-80iD涡流仪。

（2）软件：Eddynet采集及分析软件、EC-UniWay（Rev 2.2）分析软件。

（3）探头：国核电站运行服务技术有限公司自制涡流探头HHP-ENC-019.50-10-015A、HHP-ENC-019.50-60-015A和HHP-ENC-019.50-150-015A。

由表3以及相关试验我们可以得到以下结论。

（1）外槽、通孔、平底孔3种人工缺陷由于体积当量差距较大，造成信号幅值差距较大，频率变化造成的影响可以忽略。

（2）由于集肤效应造成内外壁涡流密度不同，尺寸相同的内外槽信号幅值差距也较大，随着频率的降低，两者差距不断缩小，但在60 kHz附近达到临界，继续降低频率，变化也不大。

（3）在现有技术条件要求下，不论采用何种频率进行检测，产品的判废标准必然为内槽，与选用何种频率进行检测无直接关系。

那国和一号的验收条件究竟处于何种水平，与国内外其他标准相比到底是严还是松呢？

前文我们已经叙述了RCC-M相应的验收标准，而GB/T 7735《钢管涡流探伤检验方法》 B级规定的验收条件为直径0.65 mm的贯穿单侧管壁的通孔，我们做了相应的试验进行对比[5-6]。

由表4我们可以得到以下结论。

（1）单个0.65 mm通孔信号幅值小于标准样管上内槽信号幅值，即GB/T 7735 B级验收标准略严。

（2）单个0.78 mm深度0.78 mm的外壁平底孔幅值小于标准样管上内槽信号幅值，即RCC-M验收标准略严。

（3）同样，由于集肤效应上述3种人工缺陷与内槽的幅值差距随着频率的降低而逐渐拉大，但在60 kHz附近达到临界。

4 结论

综上所述，我们发现技术条件在人工缺陷设计上虽然满足ASME规范，但仍存在一些不合理处，主要以下两方面：（1）4个人工缺陷仅一个内壁槽起到验收阈值作用，其他缺陷由于幅值太大，无实际意义;（2）技术条件的验收标准与国标GB/T 7735及RCC-M相比略低，如頻率较低的话差距会比较明显。

由此，针对以上不合理处，优化调整样管人工缺陷尺寸，调整方案具体见表5。

经调整后的对比样管，如图3所示。

经调整后，对比样管的人工缺陷进一步简化，但内壁检测灵敏度、外壁检测灵敏度、周向检测灵敏度差都得到了监控，各人工缺陷的体积量经过调整相互接近，部分缺陷尺寸参考了GB/T 7735以及RCC-M，与目前国内外管材涡流检测验收要求相匹配。

参考文献

[1] 李田，严海，尹芹.RSE-M规范与ASME规范Ⅺ卷在役无损检测方法对比分析[J].钢管，2019，48（6）：70-73.

[2] 王冬冬，王华锋，郭韵.蒸汽发生器传热管制造阶段涡流检测缺陷研究[J].无损探伤，2017，41（1）：13-17.

[3] 曾玉华，杨帆，刘辉，等.换热器传热管缺陷的涡流检测信号幅值与深度定量误差的关系[J].无损检测，2021，43（5）：87-90.

[4] 孟凡江，吴斌，吕云鹤，等.表面划伤对690TT合金传热管腐蚀行为的影响[J].材料研究学报，2021，35（11）：827-834.

[5] 陶于春，李平仁，任尚坤，等.基于概率论的核电传热管无损检测能力评估[J].测试技术学报，2020，34（2）：93-98.

[6] 赵振南.简述国内外管材涡流检测标准中的差异[J].黑龙江科学，2017，8（10）：22-23.

作者简介：王华锋（1986—），男，本科，工程师，从事制造厂换热管出厂涡流检测工作。