(國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233)

輕水堆核電廠二回路汽水管道主要包括主蒸汽管線、主給水管線、凝結(jié)水管線、疏水管線、抽汽管線、再熱蒸汽管線等。上述管線多采用碳鋼(如A106B鋼)或低合金鋼(如A335和P11低合金鋼)制造，管道內(nèi)徑通常為25.4～800 mm，壁厚通常為3.4～80 mm。管線中存在彎頭、變徑、三通、節(jié)流孔板、閥門等結(jié)構(gòu)形狀變化顯著且易發(fā)生湍流的部位。管線材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形狀、服役環(huán)境等因素的影響以及流動(dòng)加速腐蝕(FAC)、液滴沖擊(LDI)、汽蝕(Cavitati on erosion)等老化機(jī)理的長(zhǎng)期作用易導(dǎo)致管線在上述敏感部位發(fā)生局部減薄[1]。其中，F(xiàn)AC引起的局部減薄是汽水管道失效的主要原因。例如，碳鋼汽水管道湍流顯著部位(如彎頭、彎后直管、管道異種金屬焊縫碳鋼側(cè)等)，易發(fā)生FAC。此外，汽水管道內(nèi)結(jié)構(gòu)突變區(qū)域(如主蒸汽、抽汽、疏水管線上的三通、節(jié)流孔板后、彎頭、節(jié)流閥后等區(qū)域)，易發(fā)生LDI。在單相介質(zhì)管道內(nèi)，由于結(jié)構(gòu)突變導(dǎo)致流速突升的區(qū)域(如控制閥或流量調(diào)節(jié)閥處)易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。

業(yè)界對(duì)汽水管道的FAC已開展了較多研究、試驗(yàn)、管理等工作，在設(shè)計(jì)、選材、檢測(cè)、評(píng)估及老化管理上都取得了很大進(jìn)步和良好成效。例如，美國(guó)電力研究院(EPRI)等機(jī)構(gòu)自上世紀(jì)80年代開展相關(guān)研究工作，發(fā)布并定期更新“有效流動(dòng)加速腐蝕大綱的建議(NSAC-202L)”技術(shù)導(dǎo)則以及CHECWORKSTM軟件。法國(guó)電力公司(EDF)開發(fā)的BRT-CICEROTM軟件同樣依據(jù)基于模型試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)反饋的計(jì)算模型對(duì)高能汽水管道FAC進(jìn)行敏感部位篩選、減薄速率計(jì)算、剩余壽命預(yù)測(cè)與評(píng)估、檢測(cè)計(jì)劃編制和調(diào)整等工作。改造時(shí)，使用鉻含量相對(duì)較高的碳鋼或低合金鋼管道替換原碳鋼管道，這使管道的抗FAC能力顯著提高。

LDI、汽蝕或其與FAC共同作用引起的汽水管道局部減薄，也應(yīng)引起重視，故本工作對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)性、針對(duì)性總結(jié)，包括新經(jīng)驗(yàn)反饋的應(yīng)對(duì)、檢測(cè)有效性的改進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)化等工作，以使輕水堆核電廠二回路汽水管道局部減薄管理工作更有效、更系統(tǒng)、更經(jīng)濟(jì)。

1 主要機(jī)理

核電廠二回路汽水管道局部減薄的老化機(jī)理主要包括FAC、LDI和汽蝕，其發(fā)生的部位、特點(diǎn)、影響因素等主要如下。

1.1 流動(dòng)加速腐蝕

FAC，早期也稱為沖刷腐蝕(Erosion corrosion)，是由于單相液流或汽/液雙相流在局部湍流部位加速了碳鋼或低合金鋼表面的保護(hù)性氧化膜溶解，造成碳鋼或低合金鋼局部腐蝕速率增大的現(xiàn)象[2]。核電廠二回路汽水管道由于蒸汽品質(zhì)、水化學(xué)條件、材料、流速及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等原因，易發(fā)生FAC并且通常具有以下特點(diǎn)。

(1) 位置特征 FAC多發(fā)生在汽水管道結(jié)構(gòu)突變或易發(fā)生湍流部位，如彎頭、三通、大小頭、節(jié)流孔板后直管段及環(huán)焊縫鄰近區(qū)域等。例如，1986年12月9日美國(guó)薩里核電站2號(hào)機(jī)組滿功率運(yùn)行時(shí)，其給水泵入口管線的一個(gè)A234碳鋼制彎頭因FAC減薄導(dǎo)致破裂,附近正在進(jìn)行其他管線保溫更換工作的8人受蒸汽灼傷，4死4傷[3]。2004年8月9日,日本關(guān)西電力公司美濱3號(hào)機(jī)組給水回路中低壓加熱器與除氧器之間給水管道上一個(gè)孔板流量計(jì)下游的管段發(fā)生FAC減薄并破裂,造成11人傷亡,其中5人死亡、6人受傷[1]。此外，汽水管道環(huán)焊縫根部及其附近區(qū)域，由于湍流和Cr元素含量差異，也會(huì)發(fā)生FAC引起的局部減薄現(xiàn)象[4-5]。

(2) 形貌特征 通常FAC有獨(dú)特的形貌特征。肉眼難于鑒別，但適當(dāng)放大后，在單相液流中，多為馬蹄坑、扇貝狀或橘子皮狀，汽液雙相流中多表現(xiàn)為明暗相間的條帶或斑紋狀[3-4]。腐蝕區(qū)域及附近通常有氧化膜且高倍下無(wú)顯著機(jī)械形變。

(3) 機(jī)理特征 FAC是電化學(xué)腐蝕與流動(dòng)加速溶質(zhì)傳質(zhì)起主要作用，有時(shí)可能會(huì)疊加機(jī)械力作用的一種過程。

(4) 合金元素的影響 通常,隨著Cr、Mo、Cu含量的增加，特別是Cr含量的增加，碳鋼、低合金鋼的FAC速率會(huì)顯著降低。

碳鋼、低合金鋼FAC速率也受流速、結(jié)構(gòu)形狀、溫度、pH、水化學(xué)條件等因素影響[6],本工作不再詳述。其主要應(yīng)對(duì)措施是提高管道材料Cr含量、控制pH、對(duì)敏感區(qū)域定期或持續(xù)進(jìn)行厚度測(cè)量。

需要注意，核電廠二回路汽水管道中，受介質(zhì)品質(zhì)和流速影響，存在沖蝕(包括LDI和汽蝕)和FAC共同作用導(dǎo)致的局部減薄。此時(shí)，可粗略根據(jù)主導(dǎo)作用是機(jī)械力還是化學(xué)腐蝕+局部傳質(zhì)來(lái)區(qū)分主導(dǎo)減薄機(jī)理。

1.2 液滴沖擊

液滴沖擊，也稱“液滴沖擊沖蝕”或“液滴沖擊腐蝕”。汽水管道易發(fā)生LDI的區(qū)域，主要是被汽流中所攜帶的液滴間歇反復(fù)沖擊的區(qū)域(如彎頭的背彎區(qū)域和節(jié)流孔板后的特定區(qū)域)，這些區(qū)域會(huì)在局部產(chǎn)生強(qiáng)大的脈沖力并引起沖蝕，如圖1所示。汽水管道內(nèi)壁由于連續(xù)暴露在這種反復(fù)而離散的沖擊作用下，會(huì)使內(nèi)壁氧化膜或母材被逐漸侵蝕而發(fā)生減薄。核電廠二回路汽水管道液滴沖擊通常具有如下特點(diǎn)。

(a) 流動(dòng)加速腐蝕(FAC) (b) 液滴沖擊腐蝕(LDI)圖1 FAC和LDI形成的局部減薄Fig. 1 Localized thinning caused by FAC (a) or LDI (b)

(1) 位置特征 易發(fā)生在汽相為主的汽液兩相流汽水管線中,通常發(fā)生在介質(zhì)流動(dòng)方向有顯著變化的區(qū)域，如圖1中，水平向前的汽流中所攜帶的液滴直接沖擊彎頭的背彎區(qū)域。

(2) 形貌特征 通常LDI影響區(qū)域比FAC影響區(qū)域小，且多為一個(gè)局部的蝕坑，其形狀也受多種條件影響。宏觀可見蝕坑表面存有流線切割特點(diǎn)的沖蝕痕跡。高倍下可見顯著的機(jī)械形變。圖2中為某核電廠碳鋼集汽管受與之相連的排放管中兩相流的液滴沖擊作用，形成一個(gè)環(huán)形的局部減薄區(qū)域并導(dǎo)致高溫蒸汽泄漏[6]，圖中亮色區(qū)域?yàn)楣艿滥覆?。液滴沖擊區(qū)域存在松散四氧化三鐵銹層，這與液滴碰撞后產(chǎn)生的高速液滴對(duì)氧化膜的沖蝕作用有關(guān)。筆者在2000年抽檢國(guó)內(nèi)某核電廠汽輪機(jī)乏汽管道時(shí)，發(fā)現(xiàn)其彎頭內(nèi)壁局部區(qū)域一個(gè)“鵝蛋”大小的局部減薄，壁厚從11.7 mm減薄至4.5 mm,而周圍的大面積母材無(wú)任何其他局部減薄。1976年，Oconee 核電廠3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)乏汽管線的局部減薄泄漏疑似也是由LDI作用導(dǎo)致的。

圖2 LDI引起的管道局部減薄Fig. 2 Localized thinning of pipeline caused by LDI

(3) 機(jī)理特征 汽水兩相流中的高速液滴對(duì)金屬表面間歇但反復(fù)碰撞以及碰撞后的沖擊、剪切等機(jī)械力主導(dǎo)的局部減薄，也可能伴隨氧化膜的破裂。

(4) 可忽略合金元素影響 碳鋼、低合金鋼、不銹鋼的汽水管道都有可能發(fā)生LDI。

核電廠汽水管道LDI主要受蒸汽品質(zhì)、流速、流道形狀變化情況影響。因此，其主要應(yīng)對(duì)措施是控制蒸汽品質(zhì)、抑制流速、特定部位增加抗液滴沖擊結(jié)構(gòu)、定期進(jìn)行厚度測(cè)量等。

1.3 汽蝕

汽蝕，又稱空蝕、穴蝕。汽水管道中的汽蝕主要是指高溫高壓水在高速流動(dòng)和壓力變化條件下，即高速減壓區(qū)，形成氣泡或空穴，而后其隨高溫高壓水流動(dòng)到壓力超過氣泡壓力的區(qū)域時(shí)，氣泡潰滅并沖擊與之接觸的金屬表面或其保護(hù)膜的過程。核電廠二回路汽水管道汽蝕通常具有如下特點(diǎn)。

(1) 位置特征 易發(fā)生在液相管道結(jié)構(gòu)尺寸突變區(qū)域(如閥門及其下游或節(jié)流孔板下游)。此外，高速流動(dòng)液相管道中氣泡較多時(shí)，流經(jīng)環(huán)焊縫之后易形成固定氣穴的區(qū)域(特別是內(nèi)部焊瘤較高時(shí))或流經(jīng)彎頭處在局部管壁發(fā)生大量氣泡潰滅的區(qū)域。

(2) 形貌特征 不同的汽蝕階段，宏觀損傷形貌會(huì)有一定差別，但高倍下都會(huì)發(fā)現(xiàn)顯著的機(jī)械變形。通常，汽蝕初期，金屬表面首先會(huì)形成許多細(xì)小麻點(diǎn)并變粗糙，繼而表面呈現(xiàn)溝槽狀、蜂窩狀、魚鱗狀、海綿狀等痕跡；嚴(yán)重時(shí)形成坑穴并可造成穿孔或破裂。

(3) 機(jī)理特征 氣泡或空穴形成、潰滅并沖擊管道局部?jī)?nèi)壁的氧化膜或金屬的非穩(wěn)定損傷過程。

碳鋼、低合金鋼、不銹鋼的汽水管道都有可能發(fā)生汽蝕。核電廠二回路汽水管道汽蝕主要受液體特性、溫度、壓力、流速、流道形狀變化情況等影響。其主要應(yīng)對(duì)措施是控制氣泡或空穴的數(shù)量，如增加排氣、噴淋等，減少閥門、節(jié)流孔板，控制焊縫成型質(zhì)量，優(yōu)化彎頭結(jié)構(gòu)以便減緩液體壓力變化。所以，在設(shè)計(jì)階段超前主動(dòng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)防止氣穴產(chǎn)生，并在服役時(shí)保持適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行條件，是防止汽蝕最有效的方式。

2 管理現(xiàn)狀

美國(guó)、日本等國(guó)在核電廠汽水管道FAC管理上，依托相關(guān)研究、應(yīng)用實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)反饋，在管理工具、檢測(cè)和評(píng)價(jià)、實(shí)踐和標(biāo)準(zhǔn)化等方面都得到了很大的發(fā)展和完善。

例如，美國(guó)EPRI開發(fā)的CHECWORKS 軟件輔助用戶進(jìn)行管線篩選、測(cè)點(diǎn)篩選、腐蝕速率預(yù)測(cè)和修正、檢測(cè)數(shù)據(jù)管理和檢測(cè)計(jì)劃編制等工作。其發(fā)布的技術(shù)報(bào)告NSAC-202L指導(dǎo)用戶如何建立FAC管理大綱和實(shí)施管理活動(dòng)，并指出“管理職責(zé)、分析篩選、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)反饋、檢測(cè)、工程判斷、長(zhǎng)期策略”是開展有效、長(zhǎng)期、完整FAC管理的六大關(guān)鍵要素，缺一不可并且不能相互替代。該報(bào)告的不斷升版完善了有關(guān)篩選、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)的技術(shù)和方法，更指出應(yīng)加強(qiáng)水質(zhì)管理或通過更換材料等設(shè)計(jì)變更來(lái)控制和緩解FAC劣化。

日本在美濱3號(hào)機(jī)組給水管道FAC導(dǎo)致減薄破裂事件發(fā)生后，系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)和提高。例如，2006年日本發(fā)布了JSME S NG1-2006《PWR管道壁厚減薄管理技術(shù)要求》。該標(biāo)準(zhǔn)與EPRI導(dǎo)則在技術(shù)上主要有以下不同。

(1) 只適用于PWR，但考慮 FAC和LDI兩種減薄機(jī)理；

(2) 不強(qiáng)制要求使用帶有減薄速率預(yù)測(cè)功能的軟件進(jìn)行篩選和預(yù)測(cè)，但給出了根據(jù)壁厚測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行減薄速率計(jì)算和壽命預(yù)測(cè)的方法；

(3) 基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)反饋，詳細(xì)給出管線、部位篩選原則、定期檢測(cè)范圍和測(cè)點(diǎn)分布及間距，可操作性強(qiáng)。

在標(biāo)準(zhǔn)化方面，ASME XI卷技術(shù)委員會(huì)為滿足各電廠的實(shí)踐需求，在1993年頒布了Code Case N-597-2《管壁減薄分析評(píng)價(jià)要求》和ASME B31.3 非強(qiáng)制性附錄IV《動(dòng)力管道系統(tǒng)的腐蝕控制》，分別為核安全級(jí)和非核安全級(jí)管道的局部壁厚減薄提供了結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。

我國(guó)核電廠從秦山一期開始就重視汽水管道FAC管理。在多次大修中對(duì)FAC敏感管道進(jìn)行壁厚測(cè)量并根據(jù)測(cè)量結(jié)果更換了大部分的敏感管道。其他核電廠也根據(jù)廠內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)反饋，建立了二回路汽水管道FAC管理大綱，或采用帶有預(yù)測(cè)功能的軟件進(jìn)行篩選、評(píng)價(jià)并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)反饋推進(jìn)相關(guān)工作，或基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)反饋制訂詳細(xì)檢測(cè)計(jì)劃并不斷優(yōu)化[1]。此外，2014年，我國(guó)發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 25033-2014《壓水堆核電廠常規(guī)島流體加速腐蝕敏感管線篩選導(dǎo)則》，指導(dǎo)敏感管線、部位的篩選、檢查、計(jì)劃調(diào)整工作。

整體而言，對(duì)較大口徑高能汽水管線的FAC管理，國(guó)內(nèi)外都比較成熟且有效。但就核電廠二回路汽水管道壁厚減薄管理而言，仍需面對(duì)如下挑戰(zhàn)。

(1) 汽水管道局部減薄機(jī)理研究：除重點(diǎn)關(guān)注FAC外，還應(yīng)關(guān)注LDI和汽蝕。在LDI的作用機(jī)理、影響因素和檢測(cè)方法上，日本開展了較多工作并在其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中給出了針對(duì)性強(qiáng)的要求，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)研究、應(yīng)對(duì)措施優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化工作。關(guān)于汽蝕，除了在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以盡可能防止其發(fā)生外還應(yīng)在定期檢修時(shí)加強(qiáng)敏感部位的狀態(tài)核查，如壁厚監(jiān)檢測(cè)或閥門解體檢修時(shí)其上下游管道內(nèi)部腐蝕情況的目視檢查等。此外，還應(yīng)關(guān)注并持續(xù)提升汽水管道FAC、LDI機(jī)理和影響因素的認(rèn)知水平，這將影響檢測(cè)/監(jiān)測(cè)部位的選擇、檢測(cè)方法的優(yōu)化、網(wǎng)格點(diǎn)法超聲壁厚抽測(cè)的有效性和經(jīng)濟(jì)性等。

(2) 管理體系的提升：應(yīng)從FAC管理實(shí)踐提升到汽水管道局部減薄管理大綱指導(dǎo)下的實(shí)踐，且應(yīng)積極推進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)指引的汽水管道局部減薄管理理念、方法，以便優(yōu)化監(jiān)測(cè)檢測(cè)部位、周期和方法，進(jìn)一步提升壁厚減薄管理的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

(3) 小徑管壁厚管理：諸如EPRI等機(jī)構(gòu)已開始關(guān)注直徑50 mm以下的小徑管壁厚減薄管理，如一些具有疏水或測(cè)量功能的小徑管。應(yīng)開展小徑管局部壁厚減薄失效風(fēng)險(xiǎn)分析以便優(yōu)化部位篩選和檢測(cè)資源的投入。

(4) 長(zhǎng)周期運(yùn)行、變更改造、材料替代等帶來(lái)的新挑戰(zhàn)。長(zhǎng)周期運(yùn)行階段應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注汽水管道局部減薄管理的系統(tǒng)性、全面性和覆蓋性問題，既要全面評(píng)價(jià)當(dāng)前管理績(jī)效和狀態(tài)，也要面對(duì)新經(jīng)驗(yàn)反饋、長(zhǎng)期服役帶來(lái)的新挑戰(zhàn)。應(yīng)關(guān)注并評(píng)估變更改造、功率提升等對(duì)流速、流量、結(jié)構(gòu)等帶來(lái)的變化及上述變化對(duì)管道局部減薄的影響。材料替代可能會(huì)新增異種金屬環(huán)焊縫，應(yīng)關(guān)注其是否易于發(fā)生局部減薄，是否有針對(duì)性的檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)也要考慮材料替代后其他老化機(jī)理和老化效應(yīng)的影響。

(5) 標(biāo)準(zhǔn)化、信息化方面應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)核電廠二回路汽水管道局部減薄管理標(biāo)準(zhǔn)化工作，重點(diǎn)優(yōu)化長(zhǎng)期策略、管理范圍界定和敏感部位篩選排序、監(jiān)檢測(cè)計(jì)劃和實(shí)施、評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)和計(jì)劃優(yōu)化等內(nèi)容。此外，還應(yīng)加強(qiáng)業(yè)內(nèi)相關(guān)信息采集、整理、共享等的規(guī)范化，提升信息交流、共享和利用的水平。

(6) 檢測(cè)、監(jiān)測(cè)方面應(yīng)優(yōu)化傳統(tǒng)超聲測(cè)厚檢測(cè)工藝，積極推進(jìn)檢測(cè)新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，重點(diǎn)開展監(jiān)測(cè)、檢測(cè)技術(shù)驗(yàn)證和改進(jìn)提高工作。主要包括：網(wǎng)格點(diǎn)法超聲壁厚檢測(cè)的有效性，不拆卸保溫條件下脈沖渦流測(cè)量管道壁厚，管道環(huán)焊縫根部壁厚的超聲衍射時(shí)差法(TOFD)測(cè)量，冷陰極數(shù)字X射線管道壁厚測(cè)量，電磁超聲高溫檢測(cè)技術(shù)等。

3 檢測(cè)方法

3.1 網(wǎng)格點(diǎn)法超聲測(cè)厚的有效性

采用網(wǎng)格點(diǎn)法超聲測(cè)量壁厚時(shí)，在檢測(cè)效率和局部減薄檢出率之間應(yīng)有良好的平衡。結(jié)合國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目組推薦方法、部分汽水管道局部減薄實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(含F(xiàn)AC/LDI減薄)，對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)法的有效性進(jìn)行初步分析?？纱致杂镁植繙p薄面積除以測(cè)厚網(wǎng)格面積的百分?jǐn)?shù)值表征局部減薄的檢出率，其與百分百的差值可定義為漏檢率。表1給出了不同方法推薦的測(cè)厚網(wǎng)格點(diǎn)間距。表2給出了10個(gè)樣本數(shù)據(jù)(32個(gè)真實(shí)樣本數(shù)據(jù)中具有代表性的部分?jǐn)?shù)據(jù))按上述原則計(jì)算得出的理論漏檢率。分析上述數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果可知，采用項(xiàng)目組推薦的網(wǎng)格，漏檢率相對(duì)較小，但測(cè)點(diǎn)最多；JSME規(guī)范的網(wǎng)格漏檢率相對(duì)較大，而EPRI導(dǎo)則中的居中。實(shí)際工作中，應(yīng)考慮以下因素優(yōu)化網(wǎng)格點(diǎn)間距和布置。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)推薦的測(cè)厚網(wǎng)格點(diǎn)間距(D,管徑)Tab. 1 Thickness measuring grid interval recommeneded by different standards (D, pipe diameted)

表2 局部減薄的漏檢率(理論分析法)Tab. 2 Missing rate of partial thinning (theoretical analysis method)

(1) 局部減薄機(jī)理的特點(diǎn),即應(yīng)結(jié)合敏感部位發(fā)生特定減薄機(jī)理的可能性和對(duì)應(yīng)的形貌特征、局部減薄區(qū)域尺寸大小優(yōu)化測(cè)點(diǎn)。例如彎頭或三通結(jié)構(gòu)LDI敏感部位處應(yīng)補(bǔ)充針對(duì)性測(cè)點(diǎn)，如流體改變方向前正對(duì)的彎頭或三通特定部位及發(fā)生沖擊后流體變向可能影響的部位。

(2) 應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注敏感結(jié)構(gòu)，如彎頭或三通，其上下游環(huán)焊縫附近區(qū)域。

(3) 介質(zhì)是單相流或雙相流，管內(nèi)流速，是否存在流道結(jié)構(gòu)變化、壓力急劇變化、介質(zhì)相變等的影響，也是優(yōu)化網(wǎng)格點(diǎn)間距和布置的重要參考。

3.2 脈沖渦流檢測(cè)管道局部減薄

同傳統(tǒng)超聲測(cè)厚或超聲掃查測(cè)厚成像相比，脈沖渦流測(cè)量管道壁厚是近30 a興起的新方法。其技術(shù)特點(diǎn)主要如下：

(1) 可不拆卸保溫層進(jìn)行管道掃查測(cè)厚成像且不區(qū)分內(nèi)外壁減薄，適合快速檢測(cè)和初步篩查，包括高溫條件下的非接觸掃查測(cè)厚。

(2) 相比傳統(tǒng)渦流檢測(cè)，對(duì)提離作用不敏感，又不需要超聲檢測(cè)常用的耦合劑，也可用于保溫層拆卸后的局部減薄快速掃查成像，檢測(cè)效率高。

(3) 隨著聚焦脈沖渦流檢測(cè)和分析技術(shù)的研究應(yīng)用，可以檢測(cè)原先檢測(cè)困難的較小管徑汽水管道(如φ50 mm)的局部減薄。

(4) 主要適用于碳鋼、低合金鋼汽水管道。隨著技術(shù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)已開發(fā)出檢測(cè)非鐵磁性管道局部減薄的脈沖渦流儀器。

(5) 主要適用于較大面積減薄的檢測(cè)，因?yàn)槊}沖渦流測(cè)量的是渦流分布區(qū)域的平均壁厚,且隨深度增加作用區(qū)域顯著擴(kuò)散,故信號(hào)強(qiáng)度呈指數(shù)衰減。一般FAC引起的局部減薄較宜采用脈沖渦流檢測(cè)。但應(yīng)注意，大壁厚下的單點(diǎn)穩(wěn)定測(cè)量需要更長(zhǎng)時(shí)間且此時(shí)內(nèi)部局部減薄檢出率更低，測(cè)量值可能更不保守；對(duì)于直徑較小(如φ20 mm及以下)的單點(diǎn)局部減薄漏檢率可能較大，但汽水管道中除了偶發(fā)的點(diǎn)蝕外，很少有此類局部減薄。

(6) 同超聲測(cè)厚相比，其在檢測(cè)較大面積麻點(diǎn)、密集分布腐蝕點(diǎn)坑等局部減薄時(shí)，具有一定優(yōu)勢(shì)。

綜上可知，在不拆卸保溫層條件下，聚焦脈沖渦流技術(shù)是檢測(cè)汽水管道局部減薄便捷的手段。如將其與傳統(tǒng)超聲測(cè)厚結(jié)合使用，應(yīng)是提高整體工作效率的一種可行方法，也需要我們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)化和能力驗(yàn)證方面進(jìn)一步開展工作以推動(dòng)其應(yīng)用。

3.3 管道環(huán)焊縫根部壁厚的超聲衍射時(shí)差法測(cè)量

國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)反饋表明，汽水管道環(huán)焊縫處可能存在FAC或汽蝕引起的局部減薄。但汽水管道環(huán)焊縫外表面多存在焊冠，如采用脈沖反射法超聲測(cè)厚則需將焊冠磨平，工作量大，成本高。筆者在前期工作中曾開展超聲衍射時(shí)差法檢測(cè)汽水管道環(huán)焊縫根部及其鄰近母材局部壁厚減薄的研究和試驗(yàn)。該方法主要具有以下特點(diǎn)[6]：

(1) 一發(fā)一收探頭分別布置在焊縫兩側(cè)，焊縫余高對(duì)測(cè)量可達(dá)性影響顯著降低。

(2) 一次掃查可完成整圈的測(cè)量，效率高。但要求兩個(gè)探頭保持穩(wěn)定間距，這對(duì)掃查架的穩(wěn)定性、掃查過程中聲耦合、焊縫兩側(cè)進(jìn)行除油漆及表面打磨等準(zhǔn)備工作都提出了較高要求。

(3) 測(cè)量結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)，便于后續(xù)分析處理以及多次檢測(cè)時(shí)對(duì)減薄區(qū)域的跟蹤。

綜上可知，受焊冠影響而無(wú)法實(shí)施超聲脈沖反射法測(cè)厚的核電廠二回路汽水管道環(huán)焊縫根部局部減薄，超聲衍射時(shí)差法是一種可行的檢測(cè)方法，但在環(huán)焊縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(如閥門與管道環(huán)縫或變徑與直管環(huán)縫)等情況下的工藝優(yōu)化、應(yīng)用驗(yàn)證等工作需進(jìn)一步推進(jìn)。

3.4 其他新檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

管道壁厚或局部減薄的X射線檢測(cè)早有報(bào)道和應(yīng)用，特別是對(duì)于直徑100 mm以下小徑管的檢測(cè)，其技術(shù)較成熟，但受限于輻射防護(hù)要求,作業(yè)多選擇在晚上進(jìn)行。隨著冷陰極小型高能量X射線檢測(cè)裝置和數(shù)字X射線成像技術(shù)的應(yīng)用，輻射防護(hù)要求高、作業(yè)時(shí)間窗口靈活性差等問題都得到了一定程度的解決,國(guó)內(nèi)核電廠已經(jīng)有適當(dāng)控制作業(yè)區(qū)域、白天作業(yè)的成功實(shí)踐。相信其在小徑管管道局部減薄或焊縫檢測(cè)中將得到推廣應(yīng)用。

電磁超聲檢測(cè)管道壁厚的技術(shù)特別適合高溫條件，但也需要拆除保溫層進(jìn)行檢測(cè)。其特點(diǎn)主要如下：

(1) 利用洛倫茲力或磁致伸縮力產(chǎn)生超聲波進(jìn)行測(cè)量，無(wú)需超聲耦合劑，可在高溫條件下測(cè)量；

(2) 對(duì)表面條件要求低，可在有致密氧化皮的條件下測(cè)量；

(3) 能量轉(zhuǎn)換效率低，探頭尺寸較大，不利于小直徑管道或大區(qū)率彎頭局部減薄的檢測(cè)。

超聲導(dǎo)波可在管道內(nèi)激發(fā)沿管道傳播的導(dǎo)波而檢測(cè)局部腐蝕，但檢測(cè)靈敏度低，主要適用于粗篩查。此外，超聲導(dǎo)波更適用于貫穿于混凝土墻體的管道局部減薄的檢測(cè)，因?yàn)榇藭r(shí)可能存在難以在管道外壁區(qū)域放置超聲探頭的情況。應(yīng)注意的是，需通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，盡可能保證敏感區(qū)域或焊縫不在穿墻壁段。

4 結(jié)論和展望

輕水堆核電廠汽水管道局部減薄管理工作影響著核電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要加以重視并系統(tǒng)、持續(xù)、主動(dòng)開展相關(guān)工作，其中，特別應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

(1) 管理體系的提升和基礎(chǔ)研究的結(jié)合,既應(yīng)關(guān)注FAC、LDI、汽蝕等造成汽水管道局部減薄，也應(yīng)運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)指引的方法進(jìn)行管理優(yōu)化，還應(yīng)結(jié)合上述老化機(jī)理特別是主要因素影響等的基礎(chǔ)研究開展工作。

(2) 檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和新技術(shù)的應(yīng)用及其有效性評(píng)價(jià),如聚焦脈沖渦流、冷陰極X射線數(shù)字成像、電磁超聲測(cè)厚等新技術(shù)的應(yīng)用以及超聲測(cè)點(diǎn)分布的有效性評(píng)價(jià)和規(guī)范化等。

(3) 重視并加強(qiáng)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋、信息共享和標(biāo)準(zhǔn)化工作，是提高相關(guān)管理水平的快速、可行且經(jīng)濟(jì)的手段。

汽水管道局部減薄管理是一個(gè)系統(tǒng)性工作，設(shè)計(jì)階段的選材、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、經(jīng)驗(yàn)反饋的有效應(yīng)對(duì)等將為服役階段的管理奠定基礎(chǔ)，應(yīng)加以重視。目前，我國(guó)在核電廠汽水管道局部減薄管理工作上已經(jīng)取得一定效果，特別是在大口徑高能汽水管道FAC管理上，但也應(yīng)正視存在的問題和挑戰(zhàn)，明確應(yīng)對(duì)措施、落實(shí)管理方案，促進(jìn)核電廠二回路汽水管道局部減薄管理水平的提升。