蒸汽发生器传热管的在役涡流检查(苏州院陆念文)

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1、压水堆蒸汽发生器传热管的在役涡流检查陆念文汪小龙(苏州热工研究院苏州215004)摘要：蒸汽发生器传热管是压水堆一冋路压力边界的重要组成部分。传热管破裂后，一冋路放射性冷却剂将进入二回路，发生冷却剂丧失事故。因此蒸汽发生器传热管检查的可靠性极为重要。本文论述了传热管涡流在役检查方法及英局限性。关键词：蒸汽发生器传热管，应力腐蚀开裂，涡流检查蒸汽发生器传热管是压水堆一冋路压力边界的重要组成部分，是防止放射性裂变产物外泄的主要屏障，因此传热管对核安全的重要性仅次于反应堆压力容器、安全壳和一回路主管。传热管破裂后，一回路放射性冷却剂将进

2、入二回路，发生冷却剂丧失事故。放射性裂变产物或者进入常规岛，或者通过安全阀排向大气，造成核污染。因此蒸汽发生器传热管的检查极为重要，各国都非常重视，进行了大量的研究。1.传热管的材料早期传热管材料选用奥氏体不锈钢，例如304不锈钢。由于抗应力腐蚀能力较差，欧美国家开发出葆基合金钢作为传热管的材料。最早的掾基材料是Alloy600o后来发现Alloy600材料抗应力腐蚀的能力仍不理想，因此又开发出Alloy800和Alloy690材料。目前西欧、日本和美国的核电厂都使用鎳基合金作传热管材料，一部分老核电厂仍然使用Alloy600,一

3、部分新核电厂已使用Alloy800和Alloy690。⑵俄罗斯核电厂传热管仍然使用奥氏体不锈钢。广东核电集团下属核电厂的蒸汽发生器传热管均使用Alloy690o秦山1期使用Alloy800o田湾核电厂使用俄罗斯奥氏体不锈钢。除了强度和韧性考虑外，传热管选材的两个原则：►►抗应力腐蚀；►►抗材料流失(LossofMaterial),防止一回路活化产物过多。2.传热管的主要老化机理和发生部位⑶各种老化机理主要有：(1)PWSCC(PrimaryWaterSCC)PWSCC即一回路水环境应力腐蚀开裂。有3类因素影响传热管材料对PWSCC

4、的敏感性:►►材料微观特性，如合金成分、晶界碳化物；►►较高的环境应力或残余应力；►►腐蚀性环境，例如一回路水化学和温度。PWSCC主要发生在下列部位(对再循环蒸汽发生器而言)：►►管板的近胀管过渡区；►►U形弯管处，曲率半径越小，PWSCC可能性越大；►►管板、支撑板处管子发生凹陷的部位；►►热段区域管子PWSCC多，冷段区域PWSCC少。前面3条说明残余应力大，PWSCC可能性大，最后一条说明环境温度高(仅指PWR核电厂运行环境)，PWSCC可能性大。PWSCC裂纹形态有下列特点：►►U形弯管处裂纹主要是轴向；►►管板近胀管过

5、渡区裂纹主要呈轴向，偶尔在两条轴向裂纹间存在短的环向裂纹。未发现孤立的环向裂纹；►►胀管区主耍是环向裂纹；►►凹陷部位如果发现内壁裂纹，则裂纹往往是轴向。轴向裂纹发展为穿透裂纹后管了表现为泄漏而不是失稳破裂。环向裂纹如何扩展未研究，核电厂发现环向裂纹后均立即堵管。(2)ODSCC(Out-DiameterSCC)ODSCC即管外壁应力腐蚀开裂。主要有两种表现形式：IGSCC(沿晶SCC)和IGA(晶间腐蚀)，总称ODSCCo多发生在管子和管板、支撑板的缝隙。但在管子自由段(FreeBand)也发现了ODSCC。影响IGSCC的因素

6、与PWSCC相同，其裂纹与最大主应力垂直。IGA是晶界材料的腐蚀，IGA的发牛不需要很大的拉伸应力。但是较大的应力会促进IGA的发牛及扩展。EPRI认为，1GA是发生1GSCC的先兆，不断的1GA造成局部区域减薄，应力变大，个别IGA于是发展为IGSCC,因此传热管外壁往往发现IGSCC/IGA伴生现象⑶。ODSCC取决于杂质在蒸汽发牛器二次侧的浓缩程度，蒸汽发牛器二次侧的杂质水平分布不均，至少和下列因素有关:►►缝隙的几何特征；►►二回路冷凝器系统冷却水的类型（淡水、微咸水或海水）；►►二回路材料（例如进入蒸汽发生器二次侧的水中

7、是否含Pb、Cu等）；►►冷凝器泄漏历史；►►水处理状况；►►蒸汽发生器二次侧水化学。要指岀的是，发生ODSCC的管子自由段上往往有明显的腐蚀结垢物。ODSCC裂纹形态有如下特征：►►主要是轴向裂纹；►►在管板近胀管过渡区和凹陷区也发现少量裂纹，呈环向；►►轴向裂纹可以是单个，也可是多个，屮间可能夹杂着少量IGA补丁区域；►►在IGA影响区域可能存在浅网状裂纹。ODSCC裂纹形态多样，涡流探伤的难易程度也不同。例如使用差分探头时,管板处ODSCC最难探测（比起该处的PWSCC）。但当ODSCC裂纹足够大（尚未达到临界尺寸）时，涡流

8、探伤可以探测，因此可以对管子采取修补措施。轴向ODSCC裂纹可用差分探头检测，而环向裂纹则需要使用点式探头检测。自由段的IGSCC和IGA极难探测，普通的探头根木感觉不到任何信号，必须采用一种“绝对式”探头才能探测，目前已发生了自由段ODSCC引起