陳　均，孔晨光，李守彬

0　概述

核電機(jī)組通過多個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了核能與電能的轉(zhuǎn)換。在能量轉(zhuǎn)換過程中，一系列重要設(shè)備均需通過大量的管道，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。管道內(nèi)高溫高壓蒸汽或流體長(zhǎng)期在管道內(nèi)快速流動(dòng)，沖蝕了管壁，導(dǎo)致壁厚減薄，尤其是小徑管內(nèi)的沖蝕更為嚴(yán)重。沖蝕是小徑管斷裂或泄漏的主要原因之一，解決管道沖蝕減薄的問題尤為重要。目前，主要采用射線檢測(cè)技術(shù)，對(duì)小徑管的沖蝕情況進(jìn)行評(píng)估，為后續(xù)管道更換或相關(guān)工程評(píng)價(jià)作參考。隨著我國(guó)核電機(jī)組的迅速發(fā)展，解決小徑管的沖蝕問題，已成為重要的課題。

1　典型的失效機(jī)理

核電機(jī)組在役期間，系統(tǒng)內(nèi)金屬管道的減薄失效，可根據(jù)管道內(nèi)介質(zhì)的不同，分為沖蝕和汽蝕兩種失效狀態(tài)。一般而言，流體的壓力越大、速度愈高、流體中懸浮的固體顆粒愈多、愈硬，則管壁被沖蝕的現(xiàn)象愈嚴(yán)重。介質(zhì)對(duì)管壁的沖蝕程度，取決于流體的流動(dòng)方式。層流時(shí)，由于流體具有黏度，在沿管道的截面上有一種穩(wěn)態(tài)的速度分布。湍流時(shí)，這種穩(wěn)態(tài)速度的分布已被破壞，這不僅加速了腐蝕劑的供應(yīng)和腐蝕產(chǎn)物的遷移，而且在流體與金屬之間產(chǎn)生的切應(yīng)力，能剝離腐蝕產(chǎn)物，從而加大了沖蝕速度。在節(jié)流口或彎頭處，介質(zhì)的高速流動(dòng)，具有很大的動(dòng)能，巨大的沖刷力將使管道下游彎頭、節(jié)流孔板下游管道焊縫、管道變徑處的使用壽命成倍下降。

2　檢測(cè)方法

對(duì)于管道沖蝕的射線檢測(cè)方法，主要有雙壁雙影重疊影像法、雙壁單影法底片黑度確認(rèn)法。根據(jù)核電廠復(fù)雜的管道布置和狹窄的操作空間，采用恰當(dāng)?shù)耐刚辗绞?，是檢測(cè)管道是否存在沖蝕的關(guān)鍵。針對(duì)不同的管徑及任意管壁厚度，推薦采用射線檢測(cè)的透照方式。檢測(cè)方法及曝光位置的設(shè)置，如表1所示。

針對(duì)小徑管的管道及管道焊縫，射線檢測(cè)時(shí)，主要采用了雙壁雙影垂直透照方法，檢查管道的沖蝕程度。對(duì)管道及焊縫的沖蝕檢測(cè)，主要有2種射線檢驗(yàn)方法。

3　射線檢測(cè)的先決條件

3.1現(xiàn)場(chǎng)條件及溫度

針對(duì)預(yù)防性檢查，需拆除保溫層后進(jìn)行。反饋檢查應(yīng)在表面檢查合格后進(jìn)行。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)泄漏的管道，不需要做沖蝕檢查。RT檢查時(shí)，要求被檢對(duì)象的溫度在50℃以下。若管道存有液體介質(zhì)的，需排空后再進(jìn)行檢查。

3.2執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和器材要求

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)按照RCCM2000+2002補(bǔ)遺標(biāo)準(zhǔn)的要求執(zhí)行。檢驗(yàn)人員應(yīng)具有相應(yīng)的射線探傷資格證書(國(guó)家核安全局、質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的證書)、輻射安全與防護(hù)中級(jí)證書(環(huán)境保護(hù)部頒發(fā)的證書)。經(jīng)過核電廠相關(guān)輻射與安全培訓(xùn)中心核實(shí)，并給予授權(quán)后方能上崗。射線源為Ir192(使用時(shí)最大活度100Ci，半衰期74天，焦點(diǎn)尺寸 3×2 mm)。采用膠片為AGFA D3或KODA C2，或其它顆粒度相當(dāng)于C2類的膠片。采用鉛箔增感屏(前屏0.2 mm、中屏0.1 mm×2、后屏 0.2 mm)。屏蔽鉛板的厚度，至少為2 mm。

采用Fe像質(zhì)計(jì)，對(duì)于雙壁雙影透照時(shí)，鋼絲橫跨被檢管道源側(cè)表面。對(duì)于雙壁單影或中心曝光透照，鋼絲放置于片側(cè)1/4處，細(xì)絲朝外。靈敏度的選擇原則，相當(dāng)于管道焊縫射線檢驗(yàn)時(shí)的選擇原則。對(duì)于濾光板的要求，如表2所示。

表2　對(duì)于濾光板的要求

4　制定射線檢測(cè)工藝

4.1布片方式及工藝特點(diǎn)

在小徑管的焊縫及沖蝕檢測(cè)中，主要采用雙壁雙影垂直透照的方法進(jìn)行檢測(cè)。采用橡皮筋或膠帶，將膠片緊貼在管壁上進(jìn)行透照，像質(zhì)計(jì)置于管道源側(cè)。檢測(cè)時(shí)的布置，如圖1所示。

圖1　小徑管管道及焊縫沖蝕檢查(垂直透照)

對(duì)于小徑管的沖蝕檢測(cè)，采用雙片進(jìn)行透照，對(duì)于黑度無(wú)強(qiáng)制性的要求。需同時(shí)進(jìn)行管道焊縫檢測(cè)時(shí)，黑度要求為 2.7－4.5。采用垂直透照法，2次曝光的角度，應(yīng)互為90°。

4.2幾何不清晰度的選擇

為了提高沖蝕減薄后輪廓在底片上的清晰度，當(dāng)放射源的類型確定后，射線照相的幾何不清晰度，需作為選擇焦距的重要條件，其中幾何不清晰度的選擇，應(yīng)參照RCCM標(biāo)準(zhǔn)的要求。使用Ir192時(shí)，Ug≤0.3，最小焦距，可根據(jù)式(1)確定。

式(1)及式(2)中:

Ug－幾何不清晰度;

b－管徑被檢源側(cè)表面至膠片的距離;

f－放射源至工件表面距離;

F－焦距;

d－焦點(diǎn)。

5　小徑管的射線檢測(cè)技術(shù)

5.1在ASME標(biāo)準(zhǔn)A312中，對(duì)于小管徑的管壁厚度，有相關(guān)的公差要求?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)管壁沖蝕檢查時(shí)，若沖蝕量已達(dá)管壁總厚度的12.5%，認(rèn)為是不可接受的，需及時(shí)更換管道。在ASME標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)管壁厚度的具體要求，如表3所示。

表3　標(biāo)準(zhǔn)中要求的管壁厚度

5.2對(duì)管道射線探傷后，由于底片的貼合度、焦距及放射源的固有特性，在管道或管道焊縫的底片上，形成的影像將出現(xiàn)不同程度的放大，管壁被沖蝕的曲型案例，如圖2所示。如D0放大為D2，殘余壁厚T1放大為T2，如圖3～圖5所示。此時(shí)，可使用公式準(zhǔn)確計(jì)算出真實(shí)的減薄量ΔT，從而計(jì)算出減薄系數(shù)。

圖2　

圖3　

圖4　

圖5　沖蝕典型案例

可根據(jù)投影原理，計(jì)算管道的殘存壁厚。

式(3)中:

T1－管道實(shí)際殘存壁厚;

T2－射線底片上測(cè)量的管道殘余厚度;

D0－設(shè)計(jì)管徑(現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的管外徑);

D2－在射線底片上測(cè)得的管徑。

對(duì)于減薄量的計(jì)算:

ΔT=T0－T1

即:ΔT=T0－T2×D0/D2

減薄系數(shù)的計(jì)算:

η=ΔT/T0

得:η=(T0－T2×D0/D2)/T0

6　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)記載，管道因沖蝕而減薄、降質(zhì)的情況較為普遍。對(duì)于小徑管被沖蝕的排查工作，也受到各大電廠的重點(diǎn)關(guān)注。射線探傷作為核電小徑管沖蝕檢查的主要方法，可有效地檢測(cè)管道的殘余壁厚和最小壁厚。通過檢測(cè)，對(duì)沖蝕后的管道是否需更換進(jìn)行評(píng)估。此種射線探傷方法，可推廣到各大電廠。但是，由于在現(xiàn)場(chǎng)的輻射防護(hù)要求高，實(shí)施時(shí)較為繁復(fù)。在普查時(shí)，建議采用脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)或超聲波技術(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管壁減薄較為嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)采用射線探傷方法，以驗(yàn)證管壁沖蝕的減薄量。

參考文獻(xiàn):

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