AP1000核电厂主泵法兰螺栓在役检查系统开发

周路生; 王立仁; 刘一舟; 陈君荣

doi:10.13832/j.jnpe.2022.04.0162

AP1000核电厂主泵法兰螺栓在役检查系统开发

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0162

国核电站运行服务技术有限公司，上海，200233

基金项目: 大型先进压水堆及高温气冷堆核电站国家重大专项（2019ZX06005002）

详细信息

作者简介:
周路生（1982—），男，高级工程师，主要从事核电站超声检测技术研究工作，E-mail: zhouls@snpsc.com

中图分类号: TH142.2；TL421.1；TG441.7
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出版历程
- 收稿日期: 2021-05-12
- 修回日期: 2022-06-08
- 刊出日期: 2022-08-04

Development of In-Service Inspection System for Flange Bolts of Reactor Coolant Pump in AP1000 Nuclear Power Plant

State Nuclear Power Plant Service Company, Shanghai, 200233, China

摘要

摘要: AP1000核电厂反应堆主泵法兰螺栓是在役检查重要监督项目之一，目前国内尚无针对该部件的在役检查系统及应用案例。本文结合AP1000主泵法兰螺栓结构特点、现场高剂量环境及复杂检查条件分析，设计开发了一套从螺栓中心孔内壁实施超声检测、适用于在役检查要求的主泵法兰螺栓在役超声检查系统。主泵模拟体上的调试试验结果表明，该系统可实现周向运行、垂直方向避障、专用超声探头与螺栓孔精确对中调节等功能，进而实现对主泵法兰螺栓的超声扫查。工程应用结果证明本系统满足AP1000核电厂主泵法兰螺栓在役检查现场要求，具有较高的可靠性和良好的适用性。
- AP1000 /
- 主泵 /
- 法兰螺栓 /
- 在役检查
Abstract: The flange bolts in-service inspection of reactor coolant pump in AP1000 Nuclear Power Plant is one of important supervision items. At present, there is no in-service inspection system and application case in China for this component. Combined with the structural characteristics of AP1000 reactor coolant pump flange bolts, the analysis of on-site high-dose environment and complex inspection conditions, this paper designs and develops a set of in-service ultrasonic inspection system for reactor coolant pump flange bolts, which implements ultrasonic inspection from the inner wall of the bolt center hole and is suitable for in-service inspection requirements. The debugging and test results on the simulation body of the reactor coolant pump show that the system can realize the functions of circumferential operation, vertical obstacle avoidance, precise alignment adjustment between the special ultrasonic probe and the bolt hole, etc., and then realize the ultrasonic scanning of the reactor coolant pump flange bolts. The engineering application results show that the system meets the requirements of in-service inspection of flange bolts of reactor coolant pump in AP1000 Nuclear Power Plant, and has high reliability and good applicability.
- AP1000 /
- Reactor coolant pump /
- Flange bolt /
- In-service inspection

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图 1 法兰螺栓在役检查系统组成

Figure 1. Composition Diagram of Flange Bolt In-service Inspection System

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图 2 安装后齿圈轨道设计

Figure 2. Design Drawing of Gear Ring Track after Installation　　　　　　　

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图 3 法兰螺栓自动检测装置

Figure 3. Automatic Inspection Device for Flange Bolts

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图 4 运动控制软件架构图

Figure 4. Architecture of Motion Control Software

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图 5 法兰螺栓螺纹区切槽反射体超声信号

Figure 5. Ultrasonic Signal of Notch Reflector in Bolt Thread Area　　　　　　　

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表 1 在役超声检测系统主要技术指标

Table 1. Main Technical Indicators of In-service Ultrasonic Inspection System

内容	技术指标
齿圈轨道	尺寸（直径×高度）：Ф1644 mm×180 mm；质量：20 kg；安装时间：<10 min；承载能力：不小于420 kg
自动检测装置	尺寸：1714.5 mm×515 mm×235 mm；质量：41.8 kg；检测导杆周向旋转范围：0°~418.77°；检测导杆轴向运动范围:0~1199.3 mm；轴向定位精度：±0.49 mm；周向定位精度：±0.6°
检测信噪比	≥6 dB
系统灵敏度余量	≥40 dB
可检缺陷尺寸	有效地发现法兰螺栓不同位置深度1.93 mm的切槽
缺陷定位精度	轴向：≤5 mm；周向：≤10 mm
缺陷长度测量	最大误差<5 mm

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表 2 对比试块人工反射体设计尺寸

Table 2. Reference Block Reflector Design Size

序号	位置		尺寸/mm
序号	周向分布/部位	轴向(距下端面)/mm	宽度	深度	弧长
1	90°/上部螺纹区域	1159.51	0.20	1.93	29.8
2	0°/光杆区域	653.45	0.20	1.93	29.8
3	180°/下部螺纹区域	235.75	0.20	1.93	29.8
4	270°/上部螺纹区域	152.35	0.20	1.93	29.8

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表 3 螺栓探头超声检测技术性能

Table 3. Technical Performance of Ultrasonic Inspection of Bolt Probe

序号	对比试块人工反射体		检测技术性能
序号	周向分布/部位	反射体类型	覆盖范围	灵敏度余量/dB	信噪比/dB
1	90°/上部螺纹区域	1.93 mm 深月牙型切槽	有效覆盖螺栓检验区域	56.6	8.4
2	0°/光杆区域			62.1	24
3	180°/下部螺纹区域			58.1	7.2
4	270°/上部螺纹区域			56.4	9.5

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表 4 切槽反射体定位测量

Table 4. Positioning Measurement of Notch Reflector

反射体位置			0°偏转角螺栓探头				180°偏转角螺栓探头
反射体位置			周向		轴向		周向		轴向
序号	周向	轴向/mm	定位	偏差/mm	定位/mm	偏差/mm	定位	偏差/mm	定位/mm	偏差/mm
1	90°	1159.51	90.1°	0.1	1157.9	−1.61	—	—	—	—
2	0°	653.45	0°	0	650.9	−2.55	0°	0	651.9	−1.55
3	180°	235.75	175.3°	−4.68	234.0	−1.75	175.3°	−4.68	232.0	−3.75
4	270°	152.35	270.5°	−0.5	150.0	−2.35	270.5°	−0.5	150.0	−2.35
注：由于受到螺栓内部变径的限制，180°探头的声束无法覆盖螺栓上部螺纹区域1号反射体位置；“—”表示无数据，下同

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表 5 切槽反射体长度测量

Table 5. Length Measurement of Notch Reflector

反射体位置		0°偏转角螺栓探头		180°偏转角螺栓探头
序号	长度/mm	测量长度/mm	偏差/mm	测量长度/mm	偏差/mm
1	29.8	24.9	−4.6	—	—
2	29.8	29.9	0.1	29.9	0.1
3	29.8	29.9	0.1	24.9	−4.6
4	29.8	24.9	−4.6	24.9	−4.6
注：由于受到螺栓内部变径的限制，180°探头的声束无法覆盖螺栓上部螺纹区域1号反射体位置

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参考文献(6)

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