压水堆核电站在役检查用无损检测技术发展概况

李宁

摘要：在役检查是保证核电站安全运行的主要手段之一，《核安全条例和导则》已经明确规定了核电站核安全设备的役前和在役检查相应要求。本文首先阐述了无损检测技术的基本要求，并进一步研究了无损检测技术在压水堆核电站在役检查中的技术发展，希望能够为我国自主核电站在役检验和能力验证提供一定价值参考。

关键词：压水堆核电站;无损检测技术;在役检查

前言：压水堆核电站服役过程中，一些核电部件必须定期检查和保养，无损检测技术具体指在不损坏核部件的情况下，充分利用物理或化学手段，合理运用信息技术，准确检测部件的内部和结构表面，以确保压水堆核电站良好稳定运行。在许多无损检测技术中，渗透检测和磁粉检测都属于表面检测方法，而超声检测技术和射线检测属于体积检测法。

1无损检测基本要求

无损检测是产品质量控制或生产过程控制的一种有效手段，在压水堆核电站中，无损检测需要结合材料和部件的特点，选择最恰当的检测方法，进而确定科学合理的检测程序，并使用与之相匹配的检测工具，以确保无损检测期间不会损坏部件。压水堆核电站回路系统含有极强放射性物质，因此设备一直都是处于高剂量辐照环境中。为了确保压水堆核电站的良好稳定运行，在设备制造和安装时，有必要进行无损检测。设备设计过程中，应制定科学合理、适应性强的技术规范，进一步明确检测程序，确保检测方法科学有效。在设备制造过程中，需要及时检查原材料和零部件，以保证设备满足使用要求。在安装设备时，应及时检查安装现场的适用材料。压水堆核电站在役检查存在一定风险，要求相关人员在规定时间内尽可能完成检查工作。在检验标准和规范方面，不同压水堆核电站需要采用差异化的检验标准。如秦山一期核电站主要按照美国ASME检验标准进行检查，秦山二期核电站则按照法国rse-m检验规范执行，岭东核电站、台山核电站都采用法国rse-m检验标准。我国压水堆核电站在役检验标准和规范复杂多样。核电厂将直接采购NDT通用设备，并安排拥有国家核工业无损检测资质的人员开展此项工作。

2压水堆核电站在役檢查用无损检测技术发展

2.1渗透检测和磁粉检查技术

相关工作人员在采用渗透检测和磁粉检测技术之前，通常都会先用目视检查方法，以便从视觉上找出设备或零件表面的缺陷。当检验人员靠近被检部位时，能用肉眼初步检查设备。如果无法直接靠近零件，可使用光学仪器和辅助设备顺利完成检测。目视检查是压水堆核电站应用频率最高的无损检测方法之一。在进行负水压试验时，可观察被检测部件是否有渗漏或变形缺陷。压水堆核电站进行日常在役检查时，工作人员可以通过目测方法，及时检测汽轮机和发电机设备相关零部件、压力管道外部、压力容器、辅助蒸汽锅炉等相关部件以及主回路系统、蒸汽发生器内不锈钢堆焊层、稳压器堆焊层等部位。渗透检测和磁粉检测是压水堆核电站中较为常用的两种表面检测方法。渗透检测是在毛细管原理基础上发明创造的，能够检测出非金属材料、非多孔金属材料的承压设备在安装和使用中是否存在表面缺陷。这种无损检测方法会随着渗透剂去除方式不同，检测类型也发生相应变化。在进行压水堆核电站在役检查时，经常采用溶剂去除型着色渗透检测方法来检测阀体或焊缝表面的泄漏情况。焊缝检测范围主要包括以下几方面，首先，被检测区域主要包括焊补熔敷部位和焊缝熔敷金属，热影响区焊缝两侧与边缘的距离应保持15毫米以上。其次，热影响区密封焊缝与焊缝边缘的距离应保持在10毫米以上。

最后，容器、支撑以及管道之间的焊接接头的试验区域应包括熔敷金属的可触及部分和焊缝两侧10mm的区域。如果压水堆核电站设备的工作表面已被磁化，则应涂上磁粉。磁粉在泄漏部位的吸附过程是一种磁粉检测方法。无损检测方法一般适合用在铁磁材料承压设备的焊接件或零件表面，但建议它检测奥氏体不锈钢材料，其中荧光磁粉检测和非荧光磁粉检测是最常见的两种磁粉检测方法。压水堆核电站一般都用到大量的碳钢和铁磁性材料。磁粉检测技术能够准确有效地检测出设备表面或开口处是否存在缺陷，其检测灵敏度远高于渗透检测。现阶段，磁粉检测技术主要被应用在压水堆核电站铁磁焊缝工作表面检测上。

2.2超声检测技术

2.2.1超声相阵控技术

超声检测是一种用于检测超声波、表征材料不足、组织结构，专业评估材料性能的技术。压水堆核电站具有灵敏度高、造价低、易于实现自动化运行等诸多优点。另外，超声波检测技术具体应用过程中，一般不会对设备造成化学污染和辐射。在压水堆核电站中，超声波检测技术属于无损检测技术的一种，主要用于检查压力器焊接缝和角接焊缝的体积情况，或者用来检查汽机部件、锻件内部等处。值得注意的是，在应用超声波检测技术时也存在一定不足，比如过分依赖偶联剂、探头尺寸过大等缺陷，致使可达性明显降低。为了有效改善传统超声波检测技术的不足，同时达到压水堆核电站无损检测技术使用标准要求，随着超声检测技术的不断进步发展，人们已经开始使用超声相控阵控制技术，通过合理控制超声阵列换能器中各单元，使阵列单元发射的超声波偏转聚焦，相位和振幅相一致。在检测压水堆核电站复杂工件的同时，还调整了焦距，从而大大提高了检测灵敏度。随着计算机技术的蓬勃发展，超声相控阵控制技术已广泛应用于航空航天、核工业等工业领域。超声相控阵控制技术在压水堆核电站中发挥至关重要的作用。汽轮发电机叶片结构十分复杂，必须在特定环境下作业。数字信号处理技术、超声相控阵技术以及成像技术的有效融合，可以有效防止汽轮发电机叶片在解体过程中损坏，同时此方向是压水堆核电站在役检查设备无损检测的主要研究方向。

2.2.2激光超声技术

在高能激光脉冲与材料表面相互作用时，极易出现热特征区、热应力和超声波。超声波检测能够实现检测压水堆核电站设备材料的效果，即激光超声技术。相对于传统的超声检测技术，激光超声技术具体应用过程中不必使用耦合剂，具有检测精度高，速度快等诸多优势。随着我国科学技术的发展，激光超声技术在薄膜材料的检测中一直保持着较高的精度，可用于曲面结构、多层结构等复杂几何结构的检测。此外，激光超声技术不仅耐高温、耐辐射而且还耐腐蚀。在此条件下，激光探测技术尚未完全引入到压水堆核电站中，工作人员还需要结合压水堆核电站复杂工作环境，有进一步改进激光超声定位技术。

结束语：

总之，每种无损检测技术都具备一定特殊适用范围，不同检测技术对同一缺陷的灵敏度也会有所不同。随着技术的发展，应根据压水堆核电站环境的特殊性，选择适合的无损检测技术，以保证设备的良好运行，以帮助压水堆核电站及时解决事故安全隐患。

参考文献：

[1]朱镭，梁桥洪，熊京川，朱兴宝.压水堆核电站二回路的水汽质量[J].上海电力学院学报，2006（02）：121-123+132.

[2]高飞，杨林君，潘跃龙.压水堆核电站含氚废水产生与排放[J].核化学与放射化学，2016，38（01）：52-56.

[3]孙海涛，凌礼恭，吕云鹤，盛朝阳，高晨，王臣，马若群，张新，贾盼盼.国内压水堆核电站设备材料应力腐蚀问题及安全管理[J].腐蚀科学与防护技术，2016，28（03）：283-287.

[4]吕雪峰，陆道纲，刘滨.压水堆核电站锆水反应微观机理[J].原子能科学技术，2010，44（03）：299-303.

[5]马云飞.压水堆核电站主泵的设计、运行和维护探究[J].产业与科技论坛，2019，18（02）：62-63.

[6]薛飞，余伟炜，蒙新明，王兆希，刘伟，束国刚.国产压水堆核电站机组主管道疲劳裂纹扩展特性实验研究[J].中国电机工程学报，2014，34（08）：1310-1317.