核電站反應(yīng)堆主冷卻劑系統(tǒng)是防止裂變產(chǎn)物外逸的第二道屏障，由反應(yīng)堆壓力容器、主泵、穩(wěn)壓器、蒸發(fā)器和相應(yīng)管道等組成。核電站一回路部件由于長(zhǎng)時(shí)間受震動(dòng)、高壓、高溫、高輻射等因素的作用，容易產(chǎn)生各種危害性缺陷。法國(guó)于1978年開始就針對(duì)壓水堆核電站一回路的相關(guān)焊縫展開了聲發(fā)射檢測(cè)。目前，在壓水堆核電站的役前和在役檢查中，聲發(fā)射檢測(cè)主要用于主冷卻劑系統(tǒng)水壓試驗(yàn)期間的監(jiān)測(cè)。

核電站一回路示意

聲發(fā)射在水壓試驗(yàn)期間的檢測(cè)范圍

1.反應(yīng)堆壓力容器

控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)、熱電偶和排氣：管座與頂蓋的焊縫③（61根CRDM、4根熱電偶和1根排氣管）

2.穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器加熱元件套管與底封頭連接焊縫(4a)法蘭與加熱元件套管的連接焊縫(4b)加熱元件與法蘭的連接焊縫(4c)

檢測(cè)反應(yīng)堆壓力容器下封頭50根堆芯測(cè)量?jī)x表貫穿件上的各2條焊縫(即貫穿管與反應(yīng)堆壓力容器底封頭的焊縫和儀表導(dǎo)向管與貫穿管的連接焊縫)，在役檢查中該區(qū)域空間狹小，有保溫阻擋，且屬于永久紅區(qū)，環(huán)境輻照劑量高，用常規(guī)的直接目視檢查方法無法進(jìn)行上述部位焊縫的泄漏檢查。

檢測(cè)管座法蘭和管座的連接焊縫(即61根CRDM和4根熱電偶)、管座與頂蓋的焊縫(61根CRDM、4根熱電偶和1根排氣管)，在役檢查中反應(yīng)堆壓力容器上封頭環(huán)境劑量率高，且在換料水池中沾污風(fēng)險(xiǎn)大，部分區(qū)域存在保溫阻擋。

檢測(cè)穩(wěn)壓器加熱元件套管與底封頭連接焊縫(4a)、法蘭與加熱元件套管的連接焊縫(4b)以及加熱元件與法蘭的連接焊縫(4c)，該區(qū)域空間狹小，環(huán)境劑量率高，且需要登腳手架。

此外，核電廠水壓試驗(yàn)壓力平臺(tái)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，因此運(yùn)用了聲發(fā)射檢測(cè)。

為了進(jìn)一步分析判斷泄漏源的位置，以便判定是由堆芯測(cè)量導(dǎo)管與隔離閥（或密封閥）的連接焊縫產(chǎn)生的泄漏信號(hào)，還是堆芯測(cè)量?jī)x表貫穿件焊縫產(chǎn)生的泄漏信號(hào)，須在堆芯儀表小室布置探頭，檢測(cè)50根堆芯測(cè)量導(dǎo)管與隔離閥（或密封閥）的連接焊縫；在穩(wěn)壓器上封頭靠近人孔處布置檢測(cè)探頭，以便判定是由穩(wěn)壓器上部區(qū)域產(chǎn)生的泄漏噪聲信號(hào)，還是由穩(wěn)壓器下封頭區(qū)域加熱器貫穿件焊縫產(chǎn)生的泄漏信號(hào)。

檢測(cè)儀器

一臺(tái)多通道聲發(fā)射儀；

一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，用于數(shù)據(jù)采集、分析和顯示；

若干聲發(fā)射探頭；

若干有帶通濾波器的前置放大器，放大器的增益有20、40、60dB三檔開關(guān)供選擇；

若干高頻信號(hào)電纜以及探頭固定磁性?shī)A；

耦合劑為高真空脂，其氟、氯、硫的含量符合RCC-M F6000《壓水堆核電站核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與建造法則防污染要求》中的要求，而且能耐檢測(cè)期間的環(huán)境溫度。

現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定

泄漏源產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)屬于連續(xù)型信號(hào)，表示連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的大小常用平均信號(hào)電平(ASL)和有效電壓(RMS)來表示。ASL是用dB表示的信號(hào)幅度平均值，RMS是用電壓V表示的信號(hào)幅度的平均值。

檢測(cè)所使用的多通道聲發(fā)射儀，采用平均信號(hào)電平ASL表示信號(hào)的大小。

按照檢測(cè)區(qū)域焊縫的數(shù)量和分布情況，確定需要的探頭數(shù)量和安裝位置，對(duì)探頭進(jìn)行編號(hào)，并與相應(yīng)的通道號(hào)對(duì)應(yīng)。

采用寬頻帶噪聲信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)校核探頭，產(chǎn)生與泄漏信號(hào)相類似的模擬噪聲信號(hào)，使安裝在這一區(qū)域的所有探頭都能接收到這一噪聲信號(hào)，從而校核所有探頭的耦合情況。

保證主回路系統(tǒng)充滿水、沒有加壓、主泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)、沒有任何系統(tǒng)投入運(yùn)行，以及所有的噪聲干擾被清除之后，通道的ASL電平就是本底噪聲電平，并記錄該電平。

根據(jù)測(cè)量的本底噪聲的ASL，調(diào)整通道的報(bào)警閾值至高于本底噪聲電平3dB。

核電站一回路水壓試驗(yàn)期間，聲發(fā)射信號(hào)監(jiān)測(cè)主要針對(duì)上行172 bar保壓平臺(tái)、228 bar（在役檢查為206 bar）保壓平臺(tái)、下行172 bar保壓平臺(tái)。

實(shí)例一

某核電廠在役水壓試驗(yàn)期間，在206 bar的保壓平臺(tái)，經(jīng)過信號(hào)監(jiān)測(cè)，反應(yīng)堆壓力容器(RPV)頂蓋的相關(guān)通道信號(hào)持續(xù)超過報(bào)警閘門(下圖中紅線)，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，縱坐標(biāo)為信號(hào)幅值(dB)。

反應(yīng)堆壓力容器上封頭典型信號(hào)示意

在保壓期間系統(tǒng)接收到了3個(gè)高幅脈沖信號(hào)，經(jīng)判斷為突發(fā)型信號(hào)，該信號(hào)不具備持久性，為干擾信號(hào)所致。

在206 bar保壓平臺(tái)反應(yīng)堆壓力容器上封頭(RPV)各通道的報(bào)警閘門閾值、信號(hào)超閘門平均值、信號(hào)降至報(bào)警閘門以下的時(shí)間見下表：

從數(shù)據(jù)上看，由于反應(yīng)堆壓力容器頂蓋區(qū)域范圍相對(duì)較小(頂蓋直徑為4070mm)，各探頭超標(biāo)的平均幅值與探頭離聲發(fā)射源的距離之間沒有明顯的聯(lián)系。從信號(hào)偏高持續(xù)的時(shí)間來看，4號(hào)通道持續(xù)的時(shí)間最長(zhǎng)，降得最慢(見下圖)。

206 bar保壓平臺(tái)降壓后

4號(hào)通道信號(hào)下降示意

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)目視檢查，在頂蓋上表面56號(hào)(下圖中圓圈部位，靠近4號(hào)探頭)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)邊緣存在硼結(jié)晶的現(xiàn)象。

在現(xiàn)場(chǎng)，聲發(fā)射檢測(cè)往往易受外界干擾源的影響，諸如過高的加壓速度、系統(tǒng)內(nèi)流體的沖擊、泵的運(yùn)轉(zhuǎn)、交叉作業(yè)，部件附近存在的切割打磨、敲擊等活動(dòng)。因此，排除外界干擾源的影響也是保證聲發(fā)射檢測(cè)時(shí)正常有效信號(hào)采集的關(guān)鍵。

核電站一回路水壓期間的聲發(fā)射檢查主要是指聲發(fā)射泄漏檢查；是聲發(fā)射技術(shù)的重要分支，其主要是對(duì)主冷卻劑系統(tǒng)承壓設(shè)備的相關(guān)焊縫泄漏導(dǎo)致的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

泄漏源產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)特點(diǎn)為：

1.泄漏聲發(fā)射信號(hào)屬于連續(xù)信號(hào)。

2.泄漏聲發(fā)射信號(hào)在系統(tǒng)內(nèi)傳播，能反映諸如漏點(diǎn)位置和大小等的信息。

3.一回路泄漏所產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象涉及到諸多因素，如泄漏點(diǎn)尺寸大小和形狀，以及系統(tǒng)壓力、湍流等，很難建立完備的數(shù)學(xué)物理模型。

4.受聲發(fā)射源的自身特性(多樣性、信號(hào)的突發(fā)性和不確定性)、聲發(fā)射信號(hào)傳遞至傳感器的路徑、傳感器的性能、環(huán)境噪聲和聲發(fā)射檢測(cè)儀器系統(tǒng)等多種復(fù)雜因素的影響，最終顯示出的信號(hào)波形十分復(fù)雜，其與真實(shí)的聲發(fā)射源信號(hào)相差很大。因此，聲發(fā)射信號(hào)本質(zhì)上屬于一種非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)。

5.由于在傳播過程中能量的衰減，距離泄漏源不同距離的傳感器接收到的能量不同，轉(zhuǎn)化成的信號(hào)幅值也不同。在排除噪聲等干擾因素的情況下，可根據(jù)信號(hào)幅值的高低，信號(hào)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短來定位泄漏源的位置。

總結(jié)：

1.由于聲發(fā)射傳感器極其靈敏，在檢測(cè)期間有可能把干擾信號(hào)記錄下來產(chǎn)生誤報(bào)，因此排除干擾源至關(guān)重要。

2.在役的聲發(fā)射檢查，大大減小了檢漏的工作量，避免了工作人員長(zhǎng)時(shí)間暴露在輻射環(huán)境下，有效降低了人員接收的輻射劑量。

3.核電站水壓試驗(yàn)期間的聲發(fā)射檢查，主要針對(duì)相關(guān)部件的焊縫，且焊縫形狀各異，密集分布在相對(duì)較小的區(qū)域，聲發(fā)射檢測(cè)只能用于滲漏區(qū)域的初步判定，滲漏點(diǎn)的精確定性和定位，以及具體滲漏量的測(cè)量還需其他檢測(cè)方法配合。

4.通過干擾信號(hào)的排除以及其他無損檢測(cè)方法的輔助配合，能有效地進(jìn)行一回路水壓試驗(yàn)聲發(fā)射檢測(cè)，對(duì)核電站一回路部件相關(guān)焊縫的耐壓試驗(yàn)是否合格作出有效評(píng)定。