核電廠凝汽器鈦管變形缺陷的分布統(tǒng)計及原因分析

谷昊

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連116300）

1 概述

冷凝器鈦管作為核電廠二、三回路的邊界，一旦發(fā)生破損，海水進(jìn)入二回路工質(zhì)，將對系統(tǒng)設(shè)備造成影響。目前各個電廠普遍采用渦流檢測的方法對冷凝器鈦管進(jìn)行預(yù)防性在役檢查，以期及早發(fā)現(xiàn)存在超標(biāo)缺陷的鈦管并進(jìn)行處理，監(jiān)測鈦管整體運行狀況、跟蹤其缺陷的變化趨勢[1]。

國內(nèi)某電廠在冷凝器鈦管進(jìn)行渦流檢測的過程中，發(fā)現(xiàn)較多缺陷信號，且分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，本文對各機組冷凝器鈦管渦流檢測結(jié)果加以歸納總結(jié)，分析其缺陷分布規(guī)律，同時對缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

2 各機組凝汽器鈦管變形缺陷的分布統(tǒng)計

2.1 凝汽器鈦管的變形缺陷數(shù)量多、變形程度大

變形類缺陷是指鈦管在外力的作用下出現(xiàn)變形、變形處未伴隨出現(xiàn)材質(zhì)損失（如磨損、腐蝕）的缺陷類型。變形類的缺陷主要包含以下幾類缺陷類型：DNT（支撐板處凹陷）、DNG（自由段處凹陷）、BND（自由段處緩慢變形）、OBS（不通管）。其中BND（自由段處緩慢變形）類型缺陷，在該核電廠為首次發(fā)現(xiàn)，在其他核電廠冷凝器渦流檢測過程中未出現(xiàn)類似的缺陷顯示。該核電廠的不通管數(shù)量多于其他電廠平均水平。與之相似的是，其大幅值的DNT（支撐板處凹陷）的數(shù)量同樣多余其他電廠。因此，該電廠變形類型缺陷數(shù)量多、幅值大，推斷是由某些特殊原因引起的。

2.2 該核電廠變形缺陷的分布規(guī)律

該核電廠冷凝器鈦管變形缺陷的位置分布特征非常明顯。以某次大修A3 水室的DNT 信號分布為例：

圖1 A3 水室DNT 信號分布圖

圖1 中綠色對應(yīng)幅值10～40V；黃色對應(yīng)幅值40～70V；棕色對應(yīng)幅值70～100V；紅色對應(yīng)幅值100V 以上；黑色為前幾輪大修渦流檢測為不通管或者幅值較大的凹陷，進(jìn)行堵管處理的鈦管。從圖中可以看出，DNT 類變形缺陷分布集中，且很規(guī)律。各個機組其余變形類缺陷的分布也都呈現(xiàn)類似的特征。

3 凝汽器鈦管變形原因分析

各機組冷凝器鈦管的變形有數(shù)量多、變形程度大、位置分布規(guī)律、缺陷發(fā)展速度各異、同一機組可能存在兩列變形程度差距巨大的特點。根據(jù)以上特點，提出導(dǎo)致鈦管變形的幾個假設(shè)：

（1）設(shè)計問題：鈦管受到?jīng)_擊較大；

（2）制造缺陷：鈦管材質(zhì)不滿足要求、凝汽器制造缺陷；

（3）運行環(huán)境：循環(huán)水系統(tǒng)運行方式不當(dāng)、異物進(jìn)入系統(tǒng)；

針對以上三個假設(shè)，進(jìn)行鈦管實驗分析、冷凝器檢查情況分析和機組運行情況分析。

3.1 鈦管實驗分析

從冷凝器中隨機抽取未變形鈦管進(jìn)行試驗，判斷凝汽器鈦管材質(zhì)是否滿足質(zhì)量要求，主要工作包括：鈦管組織分析；鈦管化學(xué)成分分析；鈦管拉伸性能分析。

（1）鈦管組織分析：

基體金相組織為細(xì)小的α 相，晶粒度等級為9～10 級；

熔合良好，未見氣孔、裂紋、未熔合等缺陷；

焊縫金相組織為鑄態(tài)片狀α 相+少量針狀α 相，未見焊接缺陷（圖2）。

（2）鈦管化學(xué)成分分析

鈦管元素含量均滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM B338-2014 標(biāo)準(zhǔn)對Grade 2 材料的化學(xué)成分要求。

表1 冷凝器鈦管化學(xué)成分分析表

（3）鈦管拉伸性能試驗

沿鈦管軸向制取3 根弧形拉伸試樣，分析鈦管拉伸性能。分析表明鈦管室溫拉伸性能滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM B338 的要求（表2）。

鈦管實驗分析結(jié)論：綜合上述三個試驗分析，我們認(rèn)為鈦管材質(zhì)滿足制造要求——鈦管化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；鈦管金相組織未見異常；鈦管拉伸性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 冷凝器檢查情況分析

3.2.1 冷凝器鈦管內(nèi)部的內(nèi)窺鏡檢查

對各個機組渦流檢查過程中的不通管（OBS）進(jìn)行內(nèi)窺鏡補充檢查，管子的變形狀況基本類似：變形鈦管內(nèi)部無異物，管壁無尖銳變形，管壁變形比較平緩，變形為整體壓扁。

3.2.2 冷凝器汽側(cè)鈦管外部檢查

在對冷凝器汽側(cè)進(jìn)行檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)有鈦管間隙及指縫區(qū)域結(jié)冰的現(xiàn)象。

3.2.3 冷凝器結(jié)冰推斷

如果機組停運時間為冬天，周邊環(huán)境溫度極低，當(dāng)主汽閥關(guān)閉后，循環(huán)水泵如需繼續(xù)保持運行，循環(huán)水溫度長期低于0℃，會造成冷凝器汽側(cè)結(jié)冰。

3.3 機組運行情況分析

前文對變形缺陷的分布進(jìn)行統(tǒng)計，其中4 號機A、B 兩列變形程度差距大，最具典型性。因此以4 號機為例，分析4 號機臨停期間的運行情況，推斷4 號機各模塊的結(jié)冰程度，進(jìn)而判斷機組運行與各模塊鈦管變形的相關(guān)性。

3.3.1 4 號機運行情況

2016 年1-3 月，2017 年1-3 月4 號機臨停期間，循環(huán)水溫度低于0℃。期間A 列CRF泵保持運行，B 列CRF 泵保持停運。

3.3.2 4 號機凝汽器理論結(jié)冰判定

結(jié)冰物質(zhì)分布：凝汽器結(jié)冰物質(zhì)主要為GPV 噴淋和GCTc 蒸汽，綜合噴淋和蒸汽的分布情況，A2 模塊結(jié)冰物質(zhì)較多，A3 模塊次之，A1 模塊少。

循環(huán)水泵的運行情況：兩次臨停期間，均為A 列循環(huán)水泵保持運行，B 列循環(huán)水泵保持停運，凝汽器B 列無結(jié)冰條件。

綜上，A 列各模塊理論結(jié)冰量排序：A2＞A3＞A1，B 列模塊無結(jié)冰。

3.3.3 4 號機凝汽器理論結(jié)冰與變形的對關(guān)系

上文分析了2016 年1-3 月、2017 年1-3月4 號機臨停期間的運行狀況，在2017 年5月對4 號機冷凝器鈦管進(jìn)行了渦流檢測，檢測范圍覆蓋了空冷區(qū)及其周邊區(qū)域。

將 4 號機各模塊理論結(jié)冰情況與變形鈦管（BND＞70/DNT＞70/OBS）數(shù)量進(jìn)行對比。結(jié)果表明二者有對應(yīng)關(guān)系，即理論上結(jié)冰最多模塊，其變形鈦管數(shù)量也最多（表3）。

3.3.4 臨停期間CRF 配置

4 號機冬季臨停時，CRF 泵保持運行，給常規(guī)島相關(guān)設(shè)備提供冷卻水。由于海水溫度較低，使凝汽器循環(huán)水入口溫度溫度較低，存在結(jié)冰條件。

4 結(jié)論

4.1 各機組冷凝器鈦管的變形有數(shù)量多、變形程度大、位置分布規(guī)律、缺陷發(fā)展速度各異、同一機組的兩列之間可能存在變形程度差距巨大的特點；

圖2 冷凝器鈦管金相組織圖

表2 冷凝器鈦管拉伸性能分析表

表3 號機冷凝器各模塊理論結(jié)冰分布與變形鈦管數(shù)量對比

4.2 凝汽器空冷區(qū)結(jié)成較大冰實體，空冷區(qū)附近鈦管受冰體膨脹、冰體沖擊等綜合作用，變形彎曲；

4.3 凝汽器各模塊鈦管變形數(shù)量的多少與凝汽器相關(guān)設(shè)備投運情況有對應(yīng)關(guān)系。