核电站蒸汽发生器传热管涡流自动检测系统研制与应用

孙黎明; 裴希保; 陈小亮; 李阳; 马强; 何朋

doi:10.13832/j.jnpe.2023.05.0156

核电站蒸汽发生器传热管涡流自动检测系统研制与应用

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.05.0156

中广核检测技术有限公司，江苏苏州，215021

基金项目: 国家自然科学基金项目（6589454）

详细信息

作者简介:
孙黎明（1993—），男，工程师，现主要从事核电站涡流检测技术的研究，E-mail: 772796745@qq.com

中图分类号: TL364
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出版历程
- 收稿日期: 2022-11-09
- 修回日期: 2023-03-02
- 刊出日期: 2023-10-13

Development and Application of Automatic Eddy Current Inspection System for Heat Transfer Tube of Steam Generator in Nuclear Power Plant

CGNPC Inspection Technology Co., Ltd., Suzhou, Jiangsu, 215021, China

摘要

摘要: 蒸汽发生器（SG）是压水堆核电站的关键设备之一，其传热管是一回路压力边界中最薄弱的环节。为解决SG小曲率传热管受限于弯管曲率影响，无法实现一次性全管涡流检测，导致大修工期延长、人员辐照风险增加等问题。本文设计了一种搭配空气阻尼装置的弹簧骨架结构气动探头，创新采用探头驱动回收装置和内外部供气气动驱动装置，开发了一种新型SG传热管涡流自动检测系统，实现了SG小曲率传热管一次性全管涡流检测。
- 小曲率传热管 /
- 新型涡流自动检测系统 /
- 气动探头
Abstract: Steam generator （SG） is one of the key equipment in nuclear power plant, and its heat transfer tube is the weakest link in the primary pressure boundary. In order to solve the problem that SG small curvature heat transfer tube cannot realize one-time full tube eddy current detection due to the influence of bending tube curvature, which leads to the extension of overhaul period and the increase of radiation risk of personnel, a pneumatic probe with spring skeleton structure and air damping device is designed in this paper. The probe drive retraction device and the pneumatic drive device for internal and external air supply are adopted innovatively, and a new type of automatic eddy current inspection system for SG heat transfer tube is developed, which can realize one-time full-tube eddy current detection of SG small curvature heat transfer tube.
- Small curvature heat transfer tube /
- New type of automatic eddy current inspection system /
- Pneumatic probe

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图 1 试验传热管示意图　单位：mm

Φ—外径；A—直管段长度；B—弯管段长度；C—传热管高度；R—U型管弯曲半径

Figure 1. Schematic Diagram of Test Tube

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图 2 检测系统总体设计

1—气动探头；2—定位装置；3—推送装置

Figure 2. Design of Inspection System

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图 3 气动探头设计

1—线圈骨架；2—柔型软轴；3—空气阻尼装置；4—传输线缆保护管　　　　　　

Figure 3. Design of Pneumatic Actuated Probe

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图 4 空气阻尼装置设计

Figure 4. Design of Air Damping Device

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图 5 驱动回收装置设计

1—推拔器驱动装置；2—无滑环回收装置；3—底座

Figure 5. Design of Drive Retraction Device

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图 6 气动驱动装置设计

1—进气口；2—探头通道密封腔；3—阻气片

Figure 6. Design of Pneumatic Driving Device

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图 7 爬行器装置设计

1—运动器；2—探头门装置

Figure 7. Design of Crawl Device

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图 8 探头门密封装置设计

1—探头通道；2—内部弹簧；3—密封腔体

Figure 8. Design of Probe Channel Sealing Device

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图 9 检测系统安装方式

Figure 9. Installation Method of Inspection System

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图 10 气动探头扫频曲线

Figure 10. Sweep Frequency Curve of Pneumatic Actuated Probe　　　　　

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图 11 145型探头扫频曲线

Figure 11. Sweep Frequency Curve of 145 Probe

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图 12 全管信号

Figure 12. Full Tube Signal

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表 1 试验传热管尺寸

Table 1. Size of Test Tube

参数	规格/mm
R	157.29
A	9638
B	494.14
C	9795.29

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表 2 气动探头结构

Table 2. Structural of Pneumatic Actuated Probe

名称	结构描述
检测线圈	外径15.0 mm线圈骨架
传输线缆保护管类型	外径8 mm新型尼龙材质管
金属波纹管类型	长辫子金属波纹管
波纹管和传输线缆保护管连接结构	新型连接结构
金属波纹管对中用尼龙珠	直径12 mm尼龙珠
线圈骨架结构	改善型弹簧骨架

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表 3 探头通过性测试结果

Table 3. Probe Passing Test Results

试验组别	测试变量因素	最大电流/A
试验组别	测试变量因素	第1次	第2次	第3次	平均值
第1组	8 mm新型尼龙材质管探头	3.58	3.66	3.54	3.59
第2组	7 mm新型尼龙材质管探头	2.44	2.47	2.45	2.45
第3组	传统金属波纹管探头	3.05	3.11	3.09	3.08
第4组	常规辫子探头	2.65	2.77	2.74	2.72
第5组	长辫子探头	2.44	2.52	2.58	2.51
第6组	短辫子探头	2.56	2.70	2.68	2.64
第7组	传统连接结构	2.44	2.52	2.58	2.51
第8组	新型连接结构	2.41	2.39	2.37	2.39
第9组	12 mm尼龙珠探头	2.41	2.39	2.37	2.39
第10组	14 mm尼龙珠探头	2.42	2.41	2.37	2.40
第11组	传统线圈骨架结构探头	2.41	2.39	2.37	2.39
第12组	弹簧线圈骨架结构探头	2.22	2.25	2.31	2.26
第13组	内部供气驱动探头	2.03	2.11	2.09	2.08
第14组	外部供气驱动探头	2.09	2.12	2.03	2.08
第15组	内外部同时供气驱动探头	1.88	1.82	1.84	1.84
第16组	前进速度200 mm/s	3.05	4.65	3.09	3.08
第17组	前进速度400 mm/s	3.58	3.66	3.54	3.59
第18组	前进速度600 mm/s	4.21	4.13	4.07	4.13
第19组	前进速度800 mm/s	4.77	4.65	4.59	4.67

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表 4 探头信号测试结果

Table 4. Probe Signal Test Results

探头类型	填充系数/%	频带宽度/kHz	中心频率/kHz	20%OD相位角	内壁环槽相位角	信噪比/%	V1/V	V2/V	偏差/%
气动探头	79	40~820	430	151°	7°	62	5.12	5.17	0.48
145型探头	74	40~830	435	146°	8°	51	5.29	5.12	1.63

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表 5 探头信号响应测试结果

Table 5. Probe Signal Response Test Results

测试次数	气动探头					145型探头
测试次数	切点A 电压幅值/V	切点B 电压幅值/V	弯管区干扰信号	弯管电压幅值/V	直管电压幅值/V	切点A 电压幅值/V	切点B 电压幅值/V	弯管区干扰信号	弯管电压幅值/V	直管电压幅值/V
第1次	24.56	25.33	无	0.53	0.08	34.56	36.89	有	1.11	0.13
第2次	25.32	26.48	有	0.67	0.09	34.13	36.65	有	1.21	0.14
第3次	24.46	25.43	无	0.54	0.12	33.65	36.03	有	1.09	0.13
第4次	24.12	25.26	无	0.76	0.08	34.76	36.97	无	0.98	0.12
第5次	23.98	25.06	无	0.62	0.08	34.27	35.99	有	1.08	0.14
第6次	23.75	24.83	无	0.70	0.09	34.87	37.34	有	1.17	0.15
第7次	24.26	25.34	无	0.51	0.10	34.12	36.08	无	0.95	0.12
第8次	23.76	24.81	无	0.58	0.08	34.81	36.92	有	1.10	0.13
第9次	23.66	24.54	无	0.48	0.09	33.84	36.34	无	1.04	0.14
第10次	24.17	24.97	无	0.52	0.08	34.07	35.86	有	1.05	0.13
平均值	24.20	25.21		0.59	0.09	34.31	36.51		1.08	0.13

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表 6 现场测试结果

Table 6. Test Results for Engineering Application Stage

传热管位置	探头损耗/根	传热管通过数量/根	最大阻力电流/A
第1排	5	50	6.52
第2排	3	50	5.58
第3排	0	50	4.27
第4排	0	50	3.91
第5排	0	50	3.36
第6排	0	50	3.13

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参考文献(6)

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