从《压水堆蒸汽发生器检查导则》看蒸汽发生器检查的发展

巢孟科

(上海核工程研究设计院，上海 200233)

从《压水堆蒸汽发生器检查导则》看蒸汽发生器检查的发展

巢孟科

(上海核工程研究设计院，上海 200233)

结合新版EPRI《压水堆蒸汽发生器检查导则》的部分内容以及相对早先版本所做的一些改动，论述了蒸汽发生器检查近期的一些最新发展。重点对损伤机理、涡流检查技术和数据管理系统的发展情况做了详细的阐述。

压水堆蒸汽发生器检查导则；蒸汽发生器检查；涡流检查

EPRI《压水堆蒸汽发生器检查导则》(以下简称《导则》)是由EPRI(美国电力研究院)发布的关于压水堆蒸汽发生器检查的指导性文件，目的在于确定影响蒸汽发生器管子老化机理和对于检查和测量老化的无损检查系统进行资格鉴定，在实施蒸汽发生器检查过程中必须遵照《导则》中的要求和规定制定程序。另外，《导则》还作为执行NEI 97-06《蒸汽发生器程序导则》的辅助文件。《导则》于1981年首次印刷，并于1984、1992、1996、1997和2002再版。作为一份权威的指导性文件，《导则》每次再版都会将其内容中添加或更新将该领域的最新的技术。2007年11月，ERPI正式发布了《导则》第7版。目前，美国大部分压水堆核电站的蒸汽发生器检查都参考这份文件制定数据采集和分析的程序。

本文根据新版《导则》的内容以及相对早先版本的所做到的一些改动，结合笔者近期在美国西屋公司的蒸汽发生器检查的培训经历，论述了关于目前蒸汽发生器检查的最新发展。

1 损伤机理

1.1 消失的损伤机理-冲击损伤和点蚀

对于蒸汽发生器传热管损伤机理的研究已经进行了多年，对于这些损伤因素的避免是业内的主要目标。随着对蒸汽发生器运行和维护、检查程序和结构分析的不断改进，在世界范围内已成功避免了大量由于蒸汽发生器泄漏停堆引起的发电损失。

随着对于某些的蒸汽发生器(如BABCOCK&WILCOX公司生产的直通式蒸汽发生器)的更换和管子新材料的使用(采用Inconel690代替Inconel600)，原本一些引起蒸汽发生器管子损伤的降质机理在当前运行的蒸汽发生器中不再存在。

在第7版《导则》中，删除了先前版本的蒸汽发生器管子的两种主要的损伤机理冲击损伤(Impingement damage)和点蚀(Pitting)，将主要的损伤机理归结为晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹、减薄、凹痕、机械磨损和疲劳[1]。

通过改进蒸汽发生器结构和材料从而避免一些损伤机理的发生是从根本上解决损伤因素的有效方法。但是，采用这种方法需要较高的成本和较长的时间。涡流检查是蒸汽发生器传热管最有效的检查手段，涡流检查中对于信号分析和评估都是基于损伤机理的。随着蒸汽发生器结构和材料上的变化，涡流检查的信号分析和评估方法会随之不断地发生改变。

1.2 新损伤诱因-松动件

除了删除2种主要的损伤机理外，《导则》附录G.4.2.1.2中将机械磨损归结为由于支撑造成的磨损和由于松动件(Loose Part)造成的磨损两类[1]。

松动件是近年来核电站蒸汽发生器运行过程中发现的一种管子损伤因素，将其归到机械损伤一类。由于其发生的区域带有随机性，另外位置会伴随蒸汽发生器的运行发生改变，且会造成蒸汽发生器各个区域的不断磨损，因此目包括美国西屋公司在内的核电服务商对这种形式的损伤因素越来越重视，并且已将对松动件的发现和分析部分的内容制定在实际涡流检查数据分析的导则中。

2 涡流检查技术

2.1 涡流探头——广泛使用X-probe

当前，涡流检测主要采用Bobbin探头进行普查，发现可疑信号之后，再采用旋转探头或阵列探头进行复探。Bobbin探头成本较低而且分析技术成熟，但是存在检测"盲区"，无法分辨同一位置缺陷数目以及对于缺陷形状无法分辨和判断等问题。阵列探头和旋转探头最大的优势在于其能够根据检查结果了解缺陷的几何形状，这对于原本单纯依靠传热管缺陷的形成机理来判断缺陷的类型的方法显然要更加可靠，这也是国外一直依靠于这两种探头定性定量的重要原因。目前，对于阵列探头的使用，尤其是X-probe探头广泛使用是蒸汽发生器涡流检查领域的一个重要趋势。

2.2 参数配置-幅值设定的变化

无论是Bobbin探头、旋转探头还是阵列探头，配置相位时原则上都是将噪声信号水平放置，缺陷信号向上。而对于幅值配置，以往设定幅值时一般采用主频或中心频率的通道的参考信号(通孔或4个20%平底孔)幅值定义其他的通道。这样的做法不便之处在于只能在主频通道直观地了解到某信号的幅值与参考信号的相对关系，而在其他通道需要根据探头在各个工作频率的幅频响应进行换算。目前，在美国包括西屋公司在内的核电服务承包商在实际蒸汽发生器检查项目中更普遍的做法是将所有的通道的幅值单独设置。这种设置方法的优势在于可以直接测量每个通道的信号幅值，无需再做换算。在第7版《导则》中明确地规定每一个通道的幅值需要单独设定[1]。

2.3 标定样管-阵列探头和旋转探头的样管合并

对于Bobbin探头，依然沿用ASME样管进行标定。对于旋转探头和阵列探头的样管，在第7版《导则》中对样管上的人工缺陷做了新的修改[1]。《导则》新版和旧版对于样管的人工缺陷修改对比如下表1所示：

表1 两个版本《导则》旋转探头/阵列探头标定样管对比

观察表1可以发现，第7版《导则》的阵列探头的样管可以用于旋转探头的标定，也就是将2根样管合并成1根，这样的做法缩减了样管的数量并降低了成本。此外，仅仅删除了20%的槽对标定并不会造成影响。另外，第7版《导则》导则中说明人工缺陷可以根据需要增加。

2.4 数据分析--规范化、流程化

在对蒸汽发生器的检查中，使用多频多通道仪器进行检查时会遇到各种不同的缺陷类型，所以在信号评估时必须采用严格规范化的流程。采用这种方式可以确保对于每一种缺陷类型所采用的分析操作都是最佳的，并且在数据分析的整个过程中流程的贯彻是始终如一的。根据第7版《导则》的阐述，数据分析流程必须包括下列重要几项：

(1)书面的现场特定的分析导则；

(2)独立的分析团队；

(3)自动分析系统(ADS)(如适用)；

(4)决断(Resolution)；

(5)独立的QDA(IQDA)监管；

(6)数据分析反馈(Data Analysis Feedback)。

下面分别就这6个部分分别进行探讨。

2.4.1 分析导则-内容进一步完善

在美国包括西屋公司在内的核电服务承包商在进行的涡流检查数据分析都是由分析人员遵照现场特定数据分析导则(Site-Specific Analysis Guideline)执行的。现场特定数据分析导则必须满足《导则》对于数据分析导则的要求。

在第7版《导则》表6-1中，对于数据分析导则内容要求新增了下列几项[1]：

(1)蒸汽发生器设计信息；

(2)信号评估：新增对于复合信号或潜在复合信号预防措施的规定；

(3)历史查阅：规定历史查阅的要求；

(4)决断(Resolution)后的数据报告修改流程：规定由数据管理(Data Management)、管子完整性管理(Tube Integrity Engineering)或其他过程中发现的报告中的不符合项，进而执行修改流程。分析导则中添加对于蒸汽发生器设计信息，目的在于使得分析人员能够充分地了解蒸汽发生器的管板、管子、支撑以及其他管子部件的位置、尺寸、结构和材料等信息。在涡流数据分析时，这些信息能够帮助分析人员建立Landmark文件、配置分析参数、掌握支撑的结构和缺陷易发生区域，并且根据缺陷机理对信号进行正确评估。

在信号的评估过程中，对于复合信号的预防主要是为了解决Bobbin探头无法在管子同一位置分辨出多个缺陷的问题。在无法获知同一位置是单一缺陷还是复合缺陷时，对于缺陷的深度测量会存在很大的误差。一般在这种情况下，必须采用旋转探头和阵列探头进行复探，并结合缺陷位置、周围工况和历史经验对于缺陷进行定性分析，然后再采用针对性的尺寸测量(Sizing)方法进行测量。

对于历史信号的查阅一般发生在判断是否需要对某信号进行复探的时候。分析人员通过与历史信号幅值和相位的比较，可以了解信号(如支撑磨损)的深度和尺寸是否发生了变化，从而决定是否需要复探。历史信号一般是上一次在役检查的检查结果，对于第一次在役检查中，采用役前检查的结果做历史进行比对核查。

2.4.2 分析团队-分工明确、人员要求高

蒸汽发生器涡流检查数据分析主要由两组独立的分析团队(Primary和Secondary)执行数据分析。当两组分析团队分析结果产生分歧时，由代表两个分析团队的决断(Resolution)人员进行决断。另外，为了监督分析团队，电厂会指派一名独立的QDA人员(简称IQDA)对于分析过程进行监督。目前，蒸汽发生器涡流检查数据分析团队普遍采用这种组织结构。

在美国，对于涡流数据分析人员的必须持有II级或者III级的QDA证，在上岗前还必须通过电厂的数据分析考试(SSPD)才能获得分析资格。在数据分析导则中往往将分析人员的分析方法通过流程图详细描述，要求分析人员能够通过阅读数据分析导则领会数据分析的流程。工作时，数据分析反馈(在3.4.6节中论述)会直接反映数据分析人员的表现情况，分析人员的任何失误都会对其职业信誉产生影响，因此分析人员对于任何一次数据分析都十分重视。

2.4.3 自动分析系统-高速发展

自动分析技术是目前世界上最新的涡流分析技术，仅少数几家公司开发了相关的软件。目前在美国，ZETEC公司开发的Eddynet软件和西屋公司开发的ANSER软件都已经具备了自动分析的功能。典型的自动分析软件包括一些数据筛选规则及条件阈值，需要由经验丰富的分析人员对此进行设置[2]。在《导则》规定对于自动分析系统的使用必须在经过认证合格的条件下进行，对于自动分析系统的鉴定一般采用自动分析系能示范数据库(APPDD)执行。

自动分析技术在提高工作效率、减少人因失误率及相对稳定性、可移植性方面存在很大优势, 但也存在不少问题及限制[3]。目前，西屋公司已经大量地采用自动分析技术进行数据分析，并且不断改进其自动分析系统。通常情况下，分析团队中将自动分析作为Secondary分析，自动分析的结果并不直接生成分析报告而是由Secondary分析人员做一些删减，去除一些伪缺陷信号，再生成报告。

自动分析是涡流数据分析的一个趋势，其发展的速度非常快，可以预见在不久的将来自动分析技术将很大程度替代人工分析。

2.4.4 决断人员-受到更多约束和监督

决断人员在整个分析团队中起到了解决分歧的作用，一般由经验丰富的III级QDA人员担任，其目的在于尽可能地解决来自于两个分析团队的检查结果的差异。

在《导则》中，要求决断人员必须考虑来自于Primary、Secondary和IQDA的反馈。这样做有助于减少决断人员发生错误的概率。另外，在删除任意团队报的降质信号的时候，决断人员都必须谨慎考虑。此外，对于包含“I”代码信号的否决，必须由来自不同团队的两个决断人员同意。

决断人员在分析团队中起着十分关键的作用，其判断直接影响最终的报告和对于管子相应的处理结果。因此，在分析的整个过程中，对于决断人员的要求是非常高的。随着蒸汽发生器检查的发展和涡流分析团队的工作模式的优化，为了防止这一环节受到人因因素的影响，对决断人员的工作添加了更多的限制和来自于其他分析成因的反馈。

2.4.5 IQDA监管-职责明晰

对于IQDA人员，第7版《导则》中新增了一个章节阐述了其职责：

(1)审查所有被决断人员否决的维修记录；

(2)当决断人员与分析人员无法达成一致时，进行协调；

(3)对于数据分析反馈进行监督。

这部分内容首次对于IQDA人员的职责进行的明确表述，审查被决断人员否决的维修记录减少了由于决断人员失误造成损失的几率，而对于数据分析反馈的监督则直接起到督促分析人员的作用。以上的这些规定有助于提高IQDA人员在整个分析团队中所起到的作用。

2.4.6 数据分析反馈-更受重视

数据分析反馈是对于分析人员在整个分析过程中表现的一种评估，另外也起改进分析人员的一致性的目的。一般，分析反馈包括下列分析反馈过程[1]：

(1)Primary和Secondary分析结果必须同Resolution结果比较，再将比较结果反馈给Primary和Secondary。

(2)核实丢失的信号和重复的报告。

(3)核实分析人员遗漏了的降质信号。

(4)核实分析人员重复报告的样本。

(5)如果Primary和Secondary的分析员不同意Resolution分析结果，任何一个分析员都可以要求Resolution分析员重新考虑其结果。如果Resolution分析员觉得需要维持其原先报告的结果，在这种情况下由IQDA审核信号并采取适当的行动。

(6)核实自动分析报告。

在第7版《导则》中，数据分析反馈是数据管理流程的新增的重要项，从这点可以看出其对于涡流数据分析的作用已经越来越重要。数据分析反馈对于Primary、Secondary和Resolution都是一种约束，也为IQDA人员提供了监控数据分析过程的一种手段，其核心是对涡流数据分析的优化管理。

2.5 数据格式-标准化

统一原始数据格式是核电业主和检修运行服务商一直存在的需求，但各大涡流检测设备制造商(如ZETEC和CoreStar等)并不愿意免费公开其数据格式，因此实际上使用不同公司的设备采集的涡流数据还是只能在该公司的软件平台上读取。

EPRI一直以来也在推进这件事的发展，在第7版《导则》中新增了标准化原始数据格式这一章节。但是具体的数据格式必须登陆到EPRIQ.com上查看，仅对会员开放，未对外公开。

3 数据管理系统

蒸汽发生器检查的数据管理系统的主要目的是对于整个检查项目进行管理，其中包括：数据采集、分析、机械堵管和衬管工作的管理，检查范围的检查，提供准确的检查结果报告以及蒸汽发生器检查项目的关闭等。

目前，美国的核电服务商和涡流设备制造商都开发了自己的数据管理软件，其中包括：

(1)WESTINGHOUSE公司：ST Max；

(2)AREVA公司：FDMS；

(3)ZETEC公司：EIMS/HMS；

(4)CORSTAR公司：EDDYUSIDD。

采用数据管理软件对于整个检修项目进行管理能够最大化整个项目的执行效率，减少人因因素造成的失误和损失，其核心作用是对于整个项目的最优化管理。在美国西屋公司，我们亲眼见到了他们采用ST Max数据管理系统进行蒸汽发生器检查管理可以实现同时不同地点多个蒸汽发生器同时检查，各个数据采集和数据分析团队同步、有序和高效地完成各自的工作。而且数据管理所涉及的额外增加人员很少，绝大部分的工作都是由软件自动完成。当然，数据管理软件的开发和改进需要一个较长的过程，在项目执行之前数据管理系统需要有一个数据库准备阶段。

为了推动蒸汽发生器检查数据管理的发展和数据管理系统的规范化，在第7版《导则》中新增了数据管理单独一节对于数据管理工作的相关人员和主要功能的要求做了详细的说明。其中，要求数据管理人员必须具有数据管理系统操作经验或者经过相关的培训，并规定数据管理的主要功能为：制定检查计划和扩大抽样计划、上传分析报告、重新制定检查计划、跟踪检查过程、确保检查范围完成、检查关闭和最终归档。

4 小结

发达国家的核电技术已经发展了几十年，对于压水堆蒸汽发生器检查技术的研究已十分成熟。尽管如此，以美国电力研究院、西屋公司和ZETEC公司为代表的研究机构、服务商和仪器制造商对于蒸汽发生器涡流检查的研究从未停止，正是在这种不间断研究的推动下，该领域才有不断地新发展。

如上文所述，在损伤机理研究、探头技术、分析流程和项目优化管理等全方位的改进，最大程度地降低了蒸汽发生器事故发生的几率，同时将蒸汽发生器的运行寿命和检修周期都得到了延长，其社会和经济效益是显著的。

我国正处于核电大发展时期，引进的AP1000堆型将会大规模地建成于全国各地，对于蒸汽发生器的检查我们的经验相比国外是欠缺的，对于新堆型蒸汽发生器检查我们更加是从头开始。"引进、消化、吸收、创新"是我们缩短与国外差距，迅速升自身技术水平的必经之路。

[1] NDE ISSUE RESOLUTION GROUP. PWR steam generator examination guidelines: Revision 7[M].[S.I.] :EPRI,2007.

[2] Valery LUNIN, Andrey ZHDANOV. Automated data analysis in eddy current inspection of steam generator tubes[J].ECNDT 2006-We.2.3.4:1-7.

[3] 贝雅耀，李晓光，宋涛.蒸汽发生器传热管涡流数据自动分析技术[J].无损检测，2009(10):769-772.

(本文文献格式：巢孟科.从《压水堆蒸汽发生器检查导则》看蒸汽发生器检查的发展[J].山东化工，2016，45(12)：98-101.)

Viewing the Development of SG Examination from Pressurized Water Reactor Steam Generator Examination Guidelines

Chao Mengke

(Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute,Shanhai 200233,China)

Combined with the new version of EPRI Pressurized Water Reactor Steam Generator Examination Guidelines, the article discusses the newly development of SG examination, focusing on the damage mechanism, ECT technique and data management.

PWR SG examination guidelines； SG examination，eddy current testing

2016-04-18

巢孟科(1986—)，上海人，工程师，在读工学硕士，从事核电厂蒸汽发生器设计、承压设备设计。

TL353

A

1008-021X(2016)12-0098-04