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核电站在役检查无损检测技术展望

发布时间:2018-05-11 13:36:19   作者:[!--writer--]

 

核电站的机械部件与常规电站或石化等工业领域的机械部件相比,除具有放射性运行环境和大量采用奥氏体不锈钢材料外,在其他方面并没有过多的不同之处。至于设备的几何尺寸和承受的温度、压力等参数,在火电和石化等工业领域甚至远远超过核电站。但是,从核电站出现之初,其固有的放射性环境和特殊的核安全要求就使得核电行业的在役检查活动与其他工业领域的无损检测活动有着本质上的不同。
      核电站固有的放射性环境导致大量的在役检查活动需采用自动的、远程控制的检查设备和技术来完成。同时,反应堆一回路的高放射性环境也是导致该环境下的机械部件萌生辐照脆化缺陷的诱因。并且公众对核电站安全的高度关注,也使得核电站具有其他工业领域所不具有的核安全的考虑和要求。尤其是1979年美国的三哩岛核电站泄漏事故、1986年前苏联的切尔诺贝利核电站事故以及2011年日本的福岛核电站爆炸泄漏事故,使得公众对核电站的安全性或安全运行表现出空前的关注。这更加突显了为确保核电站设备、部件安全运行而进行检查与评估的在役检查活动的重要性。
      核电站运行期间,按照相应的检查法规和规范/标准要求,对其设备和部件定期进行无损检测,从而发现设备和部件存在的缺陷,并根据验收标准进行判定和分析评定,确定是否需对设备和部件进行修理和更换,这在核电领域称为在役检查(In-service inspection)。对核安全设备进行在役检查,历来是各个核电工业国家核安全监管当局以及核电站业主所关注的重点,也是对核电站设备进行定期安全评价的数据来源和重要手段。从20世纪60年代商业核电站正式运行以来,各国核安全监管当局、国际原子能机构(IAEA)、各核电站业主以及为核电站提供在役检查服务的组织持续不断地就如何规范地、标准地以及有效地对核电站设备实施在役检查进行着不懈的努力,这也推进了世界范围内政府组织或民间组织等开展的各种经营性、非经营性的针对核电站在役检查技术的联合研究和技术交流活动。
      为确保核电站在役检查的规范进行,各个核电工业国家分别制定了相关的检验标准和在役检查规范。同时,为确保有关的标准、规范和要求能够在核电站得到强制执行,各个国家核安全管理当局还制定和发布了各种与之配套的法规和条例。由于在役检查所采用的无损检测技术固有的间接性,为保证检查技术的有效性和检查结果的可靠性,近20多年来,在国际原子能机构或一些区域性国际组织的资助和组织下,国际核电站在役检查领域先后开展了多项核电站特定检测技术的可靠性研究,并将这些研究结果应用于核电站在役检查活动的组织与管理以及检测技术的改进与提高中。
      因此,对核电站设备必须进行规范化标准化的在役检查,在役检查所采用的无损检测技术必须具有很强的缺陷探测能力,其检测结果必须具有很高的可靠性。
      在役检查技术展望
      核电站在役检查所采用的无损检测方法与其他工业领域相比没有本质的差别,包括超声检查(UT)、涡流检查(ET)、射线检查(RT)、液体渗透检查(PT)、磁粉检查(MT)、目视检查(VT) 以及泄漏检查(LT) 等。结合核电站的特殊工作环境和检查对象的要求,上述检查方法的自动化运用和远程智能化实施是无损检测技术在核电站与其他工业领域中的最大差异。
      世界核电站的商业化运作已近半个世纪,核电站在役检查用无损检测技术也随着核电站的发展而不断发展。总的趋势而言,检测技术是朝着检查速度更快、探测能力更强、检查结果精准度更高的方向发展,而实施检测的设备或工具则是朝着体积小型化、轻量化、快速运输和装拆便捷化、可靠性更高、去污更容易等方向发展。同时,在役检查用无损检测技术也随着整个社会的检测技术、电子技术、控制技术及精密加工技术等的发展而逐步得以提高和改进。
      在检查现场,通常所说的检测技术事实上是纯粹的检测技术和实施该检测技术的设备与工具的有机结合。
核电站在役检查用无损检测技术随着科技的发展而日新月异,自动化、智能化以及快速高效、易操作、高可靠性的现代无损检测设备及技术不断地被运用于核电站的在役检查中,可弥补常规无损检测技术的不足并克服其检测技术的难点,在核电站有着广阔的应用前景。以下介绍几种有代表性的无损检测技术在核电在役检查领域的应用前景。
      相控阵检测是超声检测的一种,其探头由一组晶片组成,每一个晶片的激发时间可以单独调节,以控制声束轴线和焦点等参数。相较于常规的超声检测技术,相控阵超声检测技术具有检测速度更快、可变角度扫查,图像直观,有利于缺陷判别的优势,目前相控阵技术已应用于核电站常规岛汽轮机叶根的检查中,后续在核岛主设备的检查中有着较大的应用空间。
      随着超声检测技术的发展,电磁超声检测技术具有无需耦合剂、非接触式检测等优势,且在表面不平滑或高温材料的检测中有着较强的优势,可以减少对被检对象进行表面处理的工序,从而提高检测效率;随着检测技术的进一步发展,其终将在核电站的设备及部件的检查中发挥作用。
      阵列涡流检测技术在近十年来,随着传感器技术的发展以及加工工艺技术水平的提高,得到了极大的发展应用,如今美国已在蒸汽发生器传热管检查中实现应用,且国内多所高校或企业也在加快该技术的研究步伐,其在中国蒸发器传热管检查中的推广应用也将成为必然。
      脉冲涡流信号因可提供某一范围的连续多频激励,可以对不同深度进行检测,使得其对结构亚表面缺陷的检测成为可能,并可实现在不去除保护层和隔热层的状态下进行检测,随着技术研究深度的不断加强,其应用于核电站部件的检查中也会成为可能。
      目前,对于视频检查图像自动识别技术以及图像测量技术已有大量的研究。可以预期,在不远的将来,这些技术也将被运用到核电站特殊部位的视频检查上。美国PNNL的研究结果表明,核电站使用的耐辐照摄像机在表面状况、照明情况等条件合适的情况下,慢速扫描时能够可靠地发现开口宽度大于100 μm的裂纹,而对于开口宽度小于20 μm的裂纹则难以发现。开口宽度介于20 μm到100 μm之间的裂纹检查的可靠性主要取决于相机的放大倍数、照明条件、检查人员的培训状况等要素。对于核电站部件的细微裂纹检查的可靠性,则需要更高分辨力的相机。诸多的技术要求和试验结果说明,视频检测技术还需要进一步的发展以满足日益增长的技术需求,推广应用至核电站的检查中,视频检查的灵敏度和检测结果的可靠性还需提高。
      为克服传统射线检查技术在检测周期、底片保存查阅等方面的不足,工业射线技术正向数字化方向迈进。数字射线成像系统采用探测器实现射线信号的探测与转换,运用图像处理技术实现图像数字化,因其计算机存储、网络传送、远程评定、曝光时间短等优点已受到广泛的关注。数字射线技术已在核电站管道接管部位的检查中取得良好的应用效果,其适应性较强,宽容性大,可以极大地提高射线检查的质量和检验效率,而且成本低,无污染物排放,是替代胶片照相应用于核电射线检查的理想无损检测方法。
      核电站在役检查是一个集无损检测设备技术研究、法规规范、标准建设以及对检测技术可靠性进行分析的多专业的复合学科领域,国外核电发达工业国家开展核电站在役检查专业建设与研究已有近半个世纪的时间。随着核电站建设的稳步推进,我国核电站在役检查的技术实力和技术水平将得到飞速的发展和提高。

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