核電廠蒸汽發(fā)生器各層支撐板視頻檢查技術(shù)

楊津瑞，賀鈺林，劉一博，舒芝鋒

（1.核動力運行研究所維修中心，湖北武漢430000；2.福建福清核電有限公司，福建福州350318）

核電廠蒸汽發(fā)生器各層支撐板視頻檢查技術(shù)

楊津瑞1，賀鈺林2，劉一博1，舒芝鋒1

（1.核動力運行研究所維修中心，湖北武漢430000；2.福建福清核電有限公司，福建福州350318）

蒸汽發(fā)生器對核電站安全高效運行，起著至關(guān)重要的作用。各核電廠和研究單位對蒸汽發(fā)生器的運行維護研究也給予了足夠的重視。但是，以往的研究重點大都集中在蒸汽發(fā)生器管板及附近的傳熱管上，而對蒸汽發(fā)生器各層支撐板的檢查、維護研究較少。通過對蒸汽發(fā)生器各層支撐板視頻檢查技術(shù)的調(diào)研，探討在國內(nèi)核電站推廣實施的可行性。

核電廠；蒸汽發(fā)生器；支撐板；視頻檢查

0 前言

蒸汽發(fā)生器傳熱管是重要的一回路壓力邊界，國內(nèi)外運行經(jīng)驗表明，定期去除傳熱管附近的腐蝕產(chǎn)物沉積物，可以減緩傳熱管腐蝕和破裂的趨勢。通過蒸汽發(fā)生器二次側(cè)清潔度視頻檢查，可以了解蒸汽發(fā)生器二次側(cè)泥渣分布，檢驗是否有外來物存在，讓電站運行人員及時了解蒸汽發(fā)生器的狀態(tài)，同時可評估當前清潔度是否滿足電站安全運行的要求，并以此為依據(jù)采取后續(xù)的相關(guān)措施，及時消除潛在的危害。目前，國內(nèi)的研究重點主要集中在蒸汽發(fā)生器管板及附近的傳熱管上，而對蒸汽發(fā)生器各層支撐板的檢查、維護研究較少。通過對各層支撐板的視頻檢查，可以更全面的了解蒸汽發(fā)生器的運行狀況，及時采取措施消除隱患，提高設(shè)備的可靠性。通過對國內(nèi)外蒸汽發(fā)生器各層支撐板視頻檢查技術(shù)的調(diào)研，探討在國內(nèi)核電站推廣實施的可行性。

1 支撐板視頻檢查需求分析

秦山第一核電廠及大亞灣核電站投運至今已20余年，國內(nèi)對其各層支撐板的清潔度狀況尚缺乏全面了解。國內(nèi)各方也表現(xiàn)出了對該項檢查的實施意愿，受限于國內(nèi)相關(guān)技術(shù)，目前僅實施過2次第九支撐板的視頻檢查。雖然檢查結(jié)果顯示第九支撐板有少量泥渣沉積，總體清潔度狀況良好。但通過調(diào)研支撐板檢查結(jié)果，泥渣沉積通常集中在第三至第七支撐板之間，僅通過第九支撐板的清潔度狀況難以評估其他各層支撐板的狀況。例如，我國臺灣地區(qū)某核電站各層支撐板視頻檢查結(jié)果顯示，在中間部分支撐板泥渣堆積嚴重，但第九支撐板清潔度狀況依舊良好。

同時，秦山第一核電廠尚未進行過各層支撐板的視頻檢查，對其清潔度狀況缺乏數(shù)據(jù)。由于支撐板泥渣堆積嚴重時可能造成支撐板梅花孔堵塞，進而引起堆功率不穩(wěn)最終導(dǎo)致核電站降功率運行等嚴重后果，在國內(nèi)開展各層支撐板視頻檢查工作有其必要性和迫切性。

2 支撐板檢查方案

目前,國內(nèi)進行蒸汽發(fā)生器支撐板視頻檢查的核電站主要有秦山第三核電廠和大亞灣核電站。在所調(diào)研的核電廠中，支撐板檢查主要為英國Rolls-Royce公司提供的UBIB檢查方案。

2.1 CANDU堆型某核電廠支撐板檢查方案

CANDU堆型核電廠的蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)較為特殊，其二次側(cè)第1，3，5，7，9支撐板上方開有檢查孔，通過該檢查孔可以對相應(yīng)支撐板進行檢查。上述支撐板其各自對應(yīng)的檢查孔尺寸及方位描述：①第1支撐板上方，Φ150 mm手孔，0°手孔方向；②第3支撐板上方，Φ150 mm手孔，0°手孔方向；③第5支撐板上方，Φ75 mm觀察孔，0°手孔方向；④第7支撐板上方，Φ75 mm觀察孔，0°手孔方向；⑤第9支撐板上方，Φ75 mm觀察孔，0°手孔方向。

根據(jù)大修計劃，一般每次大修打開一臺蒸汽發(fā)生器的一個檢查孔，進行相應(yīng)支撐板的檢查，例如某次大修中，打開SG02二次側(cè)第五支撐板上方Φ75 mm觀察孔，其相應(yīng)的檢查范圍如下：①第六支撐板中心管廊下表面檢查；②第五支撐板中心管廊上表面；③第五支撐板冷側(cè)管間20排抽查；④第五支撐板熱側(cè)管間100%檢查。泰山核電廠支撐板檢查示意圖見圖1。

圖1 秦山第三核電廠支撐板視頻檢查示意圖

2.2 M310型某核電廠支撐板檢查方案

隨著M310型某核電廠服役年限的增加，廠方對蒸汽發(fā)生器支撐板的現(xiàn)狀也愈加重視。受業(yè)主方委托，核動力運行研究所于2014年進行了兩次第九支撐板的視頻檢查工作。實施方案為人員及設(shè)備從蒸汽發(fā)生器二次側(cè)人孔進入，下2層豎梯至傳熱管上方平臺。視頻探頭通過平臺的觀察孔下探至第九支撐板外環(huán)區(qū)域，探頭借助視頻導(dǎo)向工具進入管間區(qū)域進行檢查。

停堆大修期間進入蒸汽發(fā)生器二次側(cè)容器內(nèi)，需要考慮輻射防護、工業(yè)安全、異物防護等多方面因素，因此該項工作的實施條件也較為嚴苛。在大亞灣核電站實施時的先決條件：①容器內(nèi)溫度＜40°；②容器內(nèi)充水，水位在作業(yè)平臺下方，最上層支撐板上方；③容器內(nèi)通風、充壓縮空氣；④提供容器內(nèi)專用220 V安全電源；⑤輻射防護、防異物、人員安全均由專人監(jiān)護；⑥提供氧表、安全電壓照明；⑦提供絕緣橡膠墊，鋪設(shè)在容器內(nèi)作業(yè)區(qū)域；⑧人員穿紙衣、戴氣面罩。

現(xiàn)場實施時，由于容器內(nèi)環(huán)境高溫高濕，同時受蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)限制，可檢查的區(qū)域及圖像質(zhì)量受一定影響。通過兩次第九支撐板檢查，結(jié)果顯示第九支撐板清潔度狀況較為良好，僅有少量的泥渣堆積現(xiàn)象。

2.3 UBIB支撐板視頻檢查技術(shù)

針對各層支撐板視頻檢查，英國Rolls-Royce公司（原BROOKS公司）開發(fā)了一套遠程視頻檢查工具，命名為UBIB（Upper Bundle In-bundle Inspection Device）。該套設(shè)備通過蒸汽發(fā)生器二次側(cè)手孔送入管板上方中心管廊區(qū)域，在該區(qū)域設(shè)備沿豎直方向展開，通過流量分配板上的開孔由液壓驅(qū)動攀升至相應(yīng)支撐板區(qū)域。通過擺動旋轉(zhuǎn)臂觀察該區(qū)域上側(cè)支撐板下表面和下側(cè)支撐板上表面區(qū)域。其視頻檢查中部分截圖見圖2。

圖2 UBIB支撐板檢查圖像

通過視頻檢查工具可對各層支撐板進行較為全面的檢查，其檢查側(cè)重3點。

（1）檢查各層支撐板表面泥渣沉積狀況，從而全面了解和掌握其表面清潔度狀況。

（2）檢查各層支撐板4葉形梅花孔堵塞狀況。

（3）檢查各層支撐板結(jié)構(gòu)的完整性狀況。

設(shè)備操作平臺及操作界面見圖3。

設(shè)備操作平臺可布置在外環(huán)廊等低劑量區(qū)，或布置在核島外工作集裝箱內(nèi)?？刂破脚_與檢查工具通過光纖進行通信。支撐板檢查工具的頭部設(shè)有管間定位機構(gòu)，檢查工具展開后伸出定位機構(gòu)，通過定位機構(gòu)的微調(diào)可以保證旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)進入支撐板的相應(yīng)管間進行檢查。通過操作界面可以檢查定位機構(gòu)是否正確定位傳熱管管間。

該套工具的視頻檢查端可以繞旋轉(zhuǎn)軸180°旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)垂直觀察上側(cè)和下側(cè)支撐板梅花孔狀況。其中檢查端部旋轉(zhuǎn)臂左右兩條細管為視頻探頭和異物抓取工具的通道，中間一條細管起支撐支點作用。

3 檢查方案特點分析

目前應(yīng)用較多的3種檢查方案的特點分析見表1。

圖3 UBIB操作平臺及操作界面

表1 3種檢查方案的特點分析

4 國內(nèi)推廣實施的可行性分析

通過對目前常見的3種檢查方案的特點分析可以看出，由于CANDU型某核電廠檢查方案需要蒸汽發(fā)生器具有特殊結(jié)構(gòu)，目前難以向其他電站推廣。同時，M310型某核電廠檢查方案僅能檢查第九支撐板，通過檢查獲取的信息受到較大限制，無法準確的了解各層支撐板清潔度狀況，該方案具有一定的推廣價值，但不是最優(yōu)方案。UBIB檢查方案對于國內(nèi)大多數(shù)核電站均適用，同時具有以下優(yōu)點。

（1）設(shè)備通過二次側(cè)手孔送入蒸汽發(fā)生器，只需要流量分配板在中心管廊區(qū)域有開孔，不需要蒸汽發(fā)生器在各層支撐板處開觀察孔，對蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)要求低；

（2）設(shè)備送入蒸汽發(fā)生器后，人員進行遠程操控，不需要人員進入蒸汽發(fā)生器，降低了工作難度和人員輻射劑量；

（3）設(shè)備具有異物抓取通道，在發(fā)現(xiàn)異物后可以有效實施抓取作業(yè)；

（4）設(shè)備在失去電源或氣源等動力時，可以安全收回。

通過上述分析，UBIB視頻檢查方案更適合在國內(nèi)電站進行推廣實施。對于該方案，其視頻檢查覆蓋范圍分析如下：由于該套設(shè)備需從二次側(cè)管板中心管廊區(qū)域豎直攀升，因此蒸汽發(fā)生器的流量分配板在中心管廊區(qū)域需要有開孔。由于旋轉(zhuǎn)臂沿與中心管廊垂直方向旋轉(zhuǎn)，因此對于有開孔的流量分配板，其對應(yīng)的視頻檢查覆蓋區(qū)域如圖4所示。

圖4 UBIB檢查范圍示意圖

受流量分配板中心管廊上方開孔區(qū)域的限制，支撐板檢查雖然不能覆蓋所有區(qū)域，但通過部分管列的抽檢可以了解支撐板整體的清潔度狀況，為后續(xù)的維修策略提供重要參考。此外，推進各層支撐板視頻檢查工作時還需要考慮2個問題。

（1）應(yīng)考慮各層支撐板清洗技術(shù)及設(shè)備、工藝的研究，各層支撐板的清洗與清潔度檢查互相依存。面對泥渣沉積狀況如沒有效手段進行清洗，視頻檢查工作將較難以推進。目前國外通用的清洗技術(shù)為化學清洗，但該技術(shù)由于對傳熱管等組件有潛在腐蝕等損傷危害，國內(nèi)電站認同度較低。

（2）各層支撐板檢查頻率較低，通常的工作頻度為每5年實施1次，UBIB等設(shè)備采購及維護成本較高，需要有足夠多的電站開展實施才具有較好的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)束語

各層支撐板泥渣沉積有堵塞梅花孔的危險，進而引起核電站堆功率不穩(wěn)甚至核電站降功率運行等后果。在蒸汽發(fā)生器服役一定年限后，定期進行各層支撐板視頻檢查很有必要。在國內(nèi)，該項工作可考慮先從需求較迫切的核電廠進行突破，通過示范效應(yīng)帶動其他核電站開展各層支撐板視頻檢查工作。

［1］周壽康,丁訓慎.蒸汽發(fā)生器二次側(cè)清潔度的視頻檢查[J].核科學與工程，1995，（12）.

［2］周國正,顏安和,謝杰.CPR1000機組蒸汽發(fā)生器二次側(cè)檢查技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].無損檢測,2014，（9）.

〔編輯 凌瑞〕

TM623.7

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.14