【摘要】蒸汽发生器传热管对维持核电厂一回路压力边界完整性至关重要。为了监测蒸汽发生器传热管的降质行为，应用涡流检验技术对传热管实施定期检验。田湾核电站卧式蒸汽发生器采用远控多频涡流检查系统，实现了远程涡流数据采集和分析，快速、准确获得传热管运行状态，为设备维修和寿命评估提供了依据。
【关键词】涡流检验；核动力厂；蒸汽发生器；传热管
1.引言
蒸汽发生器是核电厂一回路系统最重要的设备之一，承担着热量交换功能，即将一回路冷却剂的热量通过传热管传递给二回路，产生饱和蒸汽用于驱动汽轮发电机发电。蒸汽发生器传热管是一回路压力边界的重要组成部分，与其他压力边界一起承受一回路压力，并防止放射性裂变产物向环境释放。
传热管的损坏除带来核安全上的巨大风险外，还会导致计划外停堆，维修延长，以及昂贵的纠正性维修行动，在某些情况下，甚至要更换整个蒸汽发生器。因此，及时探测和跟踪缺陷采取预防性纠正措施对核电厂的可靠和安全运行非常重要。为了监测蒸汽发生器传热管运行期间产生的降质行为，及时发现缺陷的产生和发展，需要对传热管实施定期的检验。田湾核电站采用远控多频涡流检验方法对传热管实施全长度检验，确保能够及时发现传热管的缺陷，为传热管堵管等维修手段的实施及蒸汽发生器寿命评价提供依据。
2.田湾核电站PGV-1000M型卧式蒸汽发生器简介
田湾核电站蒸汽发生器由壳体、换热表面、一回路冷却剂集流管、主给水分配装置、蒸汽接管等部分组成，如图1所示。其中蒸汽发生器换热表面由10978根规格为?16×1.5mm传热管组成。传热管长度9.4到15.4m，材料为不锈钢材料(08Cr18Ni10Ti)，管间距8.1mm，弯管段最小曲率半径60mm，弯管段椭圆度不超过10%。
3.涡流检验技术介绍
涡流方法是以在试验对象中由于激励线圈内的交变电流引起的电磁感应而出现的涡状电流为基础的。由于管壁上不连续性(缺陷)的影响，电磁传导性将会发生变化并会影响涡流流量。其结果将会使得感应线圈的电压和相位发生变化，由此可以确定缺陷的尺寸。
标准穿过式线轴探头是蒸汽发生器涡流检验最常用的技术。这种标准检验方法在大多数情况能提供缺陷判定的必要信息，但有时检查人员希望获得关于缺陷特征的更多信息，因此必要时还需使用旋转探头等一些特殊技术进行附加检查。这些技术提供了确定缺陷形状和走向及其尺寸（长度和宽度）的可能性。穿过式探头及旋转探头目前都已应用在田湾核电站实际检查中。
3.1 涡流探头
3.1.1 穿过式探头
穿过式探头(图2)包括两个缠绕在探头上的线圈，电气上相互之间相对连接，即缠绕方向相反。差动式线圈有助与抑制由于环境温度、管径变化、粗糙度编号等整体缓慢变化带来的影响，放大缺陷信号，提高检测质量。探测显示的深度可通过与标定管（对比试样）中的人工缺陷之间的比较加以确定。穿过式探头很难探测到周向缺陷，因为它与涡流流动平行，导致传导性的变化不显著。
穿过式探头一般用于体积性缺陷和轴向缺陷的检验。由于数据收集的可靠性和速度，整管长度通常由穿过式探头检验。除检验技术上的要求外，探头还要求具有较长的使用寿命、较高的结构可靠性、良好的通过性，对传热管内表面不会产生任何损伤。
3.1.2 旋转探头
旋转探头往往在周向某一处安装单个或多个线圈，其检查范围有限，因而需要在平移探头的同时驱动探头旋转对管壁进行螺旋式扫查从而实现对规定区域的完整检查。扫描结果可以合成为具有三维可视效果的“C扫描”图形，通过该图形可对缺陷尺寸进行测量。旋转探头的作用主要是确认缺陷形态和走向，探测有无周向裂纹的存在，对缺陷的长度和宽度等特征进行定量监测。一个典型的旋转探头见图3。线圈通过弹簧与管子内壁接触以便降低提离的影响。目前使用较多的是十字探头，它可以同时获取周向和轴向信号，下面对这种探头进行简单介绍。
该探头包括两个在电磁特性不同的成对线圈，并且在物理上产生彼此成90。的两个涡流路径。利用这种线圈结构，可很大程度上降低由于几何尺寸变化造成的提离效应和电磁特性改变造成影响，同时不同涡流路径的变化使得周向和轴向裂纹的走向能清晰的相互辨别。该探头的应用使得区分蒸汽发生器传热管不同部位的微小裂纹变得可能。
旋转探头在确定指定区域内缺陷的数量、走向、长度、宽度等方面具有很高的灵敏度，其缺点是检测速度慢，深度测量结果可靠性不如穿过式探头，而且探头不耐用。
3.2 涡流仪
涡流仪的作用是按照设定的频率对激励线圈通以交变电流，接受并处理检测线圈反馈的感应信号，目前使用的多为数字式多频涡流检测仪。多频技术可利用缺陷与干扰在不同频率下的相位和幅值差异，经过技术处理来抵消掉干扰信号而保留缺陷信号。一个明显的好处是可以抵消掉管外结构信号(如支撑板、防振条等)，给信号分析带来很大的方便。
检测过程中最少同时使用四种频率，其中一种为检测主频率，两种为辅助检测频率起到方便混频或检测某些特殊类型缺陷的作用，一般还设置一个较低的频率以帮助辨认传热管上的结构信号。每一频率都对应有差分和绝对两个通道，差分通道主要用于点蚀、裂纹等主要缺陷的伤深评定，绝对通道主要用于磨损类缺陷的评定。
3.3 数据分析
涡流检测是一种比较式测量，因此检测前必须按照标准先制作标定管（又称对比试样）。标定管应选用与被检管材同一标称尺寸和同一材料（化学成份和生产方式相同）的管材严格按照相关标准进行设计加工。标定管一般包含三种不同类型的人工缺陷：即通孔、不同深度的平底孔和切槽，能够在20%～100%范围内对外伤进行标定。
根据标定管上的人工缺陷，即可在特定的频道建立相位－伤深标定曲线。检测到的显示的深度通过对该曲线进行比较加以确定。典型的相位－伤深曲线如图4所示，外伤一般处于40度至160度范围内。
4.传热管涡流检验系统介绍
核电站涡流检查存在工期、人员接受剂量等方面的特殊要求，对检查系统的连续工作能力、检查速度、可靠性、远程控制能力、体积等方面都提出了很高的要求。田湾核电站采用的远控多频涡流检查系统由数据采集、数据分析及数据管理三部分组成，整体布置如图5所示。 4.1 数据采集部分
数据采集是一个通过远程驱动探头收集数据的过程。一个探头或多个探头深入管子直到所要求的位置，当回拉的时，记录数据。数据采集设备包括：带双探头推拔器的机械手、计算机采集站、可实现间接目视检查的视频监视系统、涡流仪、控制器、相应的软件以及通讯等辅助系统。
该部分的控制系统和机械设备均具有高度的集成性，可同时驱动两个探头进行全长度检查，最大检查速度1.1m/s，采集人员与机械手的距离可达300m。在卧式蒸汽发生器涡流检测设备中，其可达性、可靠性和检查速度均具有世界先进水平。
4.2 数据分析部分
所有记录的数据都传送到数据分析工作站并进行分析以便找到可报告的显示。分析软件功能强大，界面友好，可方便地进行混频和滤波，可实现自动标定、半自动分析和自动分析。为保证分析的可靠性，每个数据均需由两个分析员进行两次独立分析，两道分析的结果将提交给评判员进行分析并做出最终评价。软件中对所有这些功能在都有严格界定，并记录所有的分析活动。
4.3 数据管理部分
进行数据管理的目的是生成检查计划，监控检查的完成情况，对数据分析进行在线管理，对分析结果进行实时审查和统计分析并生成检查报告。这些独特的功能从另外一方面保证了数据采集和分析的效率和质量。
5.结束语
田湾核电站自调试期间，已实施了二十多万根传热管的涡流检验。涡流检验的应用对传热管在运行期间的安全性能评价提供了最直接的依据，也为WWER-1000型核电机组蒸汽发生器传热管涡流检验和分析技术以及传热管寿命评价积累了大量的经验，为核电机组安全稳定运行奠定了基础。
参考文献
[1]B.Nadinic.Experience In Eddy Current Testing of WWER Steam Generators.Regional Workshop Steam Generator Degradation and Inspection 14-18 June 1999,Saint-Denis,France.
[2]蒋国元,顾颖宾.WWER-1000核电站基础知识[M].原子能出版社,2009:159-168.
作者简介：
胡兆祥（1979—），男，吉林舒兰人，2002年毕业于北京化工大学化工设备与机械专业，学士，中核集团江苏核电有限公司工程师，主要从事电站在役检查管理。
吴小亮（1981—），男，江苏东台人，2006年毕业于华中科技大学机械电子专业，硕士，中核集团江苏核电有限公司工程师，主要从事电站在役检查管理。
