ASME和RSE-M規(guī)范對核電設(shè)備役前及在役檢查中缺陷分析方法的比較

葛 亮，楊 勇，徐旭光，黃 超

(1.核動力運行研究所，武漢 430223;2.中核核電運行管理有限公司，嘉興 314300)

ASME和RSE-M規(guī)范對核電設(shè)備役前及在役檢查中缺陷分析方法的比較

葛 亮1，楊 勇1，徐旭光1，黃 超2

(1.核動力運行研究所，武漢 430223;2.中核核電運行管理有限公司，嘉興 314300)

在核電廠設(shè)備役前和在役檢查時，對核級焊縫中檢測出的缺陷需按照相關(guān)規(guī)范要求進行嚴格的分析評價，以保障核電機組的安全運行。描述了在役檢查缺陷顯示的通用處理流程，分別以ASME規(guī)范和RSE-M規(guī)范為例，就缺陷的性質(zhì)判定、尺寸歸一化、相關(guān)性和驗收等方面開展分析，并對兩個規(guī)范間存在的差異進行了歸納總結(jié)。

核級焊縫；役前檢查；在役檢查；缺陷分析；ASME；RSE-M

核電廠核島在役檢查是在核電廠運行周期內(nèi)，對核安全相關(guān)部件進行的定期無損檢測,以及時發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)生的缺陷，跟蹤已知缺陷的擴展，并判斷這些缺陷是否會對核電廠安全運行造成影響。役前檢查是在役檢查的特殊階段，為在役檢查的“零點”，也是機組運行前的最后一次全面的無損檢測。

隨著國內(nèi)新建核電機組的建造和陸續(xù)投運，核電機組數(shù)量相對于以前明顯增加，同時以前建造的核電機組隨著運行時間的延長，核安全相關(guān)部件產(chǎn)生缺陷的風(fēng)險也與日俱增。近些年來，核電機組役前和在役檢查時，在一些被檢部件中發(fā)現(xiàn)了新增缺陷，部分缺陷還具有一定的危害性。從核電機組的安全運行以及缺陷處理方式的合理性兩方面考慮，需要對這些缺陷按照規(guī)范要求進行準確地分析評價，為缺陷的最終處理提供依據(jù)。

目前，國內(nèi)核電機組的役前和在役檢查主要按照美國機械工程師協(xié)會頒布的《鍋爐及壓力容器規(guī)范》 第Ⅺ卷 《核電廠部件在役檢查規(guī)則》(以下簡稱ASME規(guī)范第Ⅺ卷)或法國的《壓水堆核島機械設(shè)備在役檢查規(guī)則》(以下簡稱RSE-M規(guī)范)的要求執(zhí)行，這兩部規(guī)范中對缺陷的處理流程和方法均有明確的規(guī)定。

為了更好地理解和使用規(guī)范，簡要描述了役前和在役檢查中缺陷顯示的通用處理流程，分別以ASME和RSE-M規(guī)范為例，就缺陷的性質(zhì)判定、尺寸歸一化、相關(guān)性和驗收等方面開展分析，并對不同規(guī)范間存在的差異進行了歸納總結(jié)。

1 缺陷處理流程

在核電廠核級焊縫的役前和在役檢查中，無損檢測發(fā)現(xiàn)的顯示信號經(jīng)過一系列的判定、比較、分析和評價，以判斷其是否滿足規(guī)范的要求以及應(yīng)該采取何種手段處理缺陷。缺陷處理流程見圖1。

1.1 顯示記錄 ASME和RSE-M規(guī)范的顯示記錄原則相似，均是依據(jù)不同的檢測方法和檢測對象，分別作出規(guī)定的。超聲、渦流等檢測方法一般是以顯示信號的回波幅值大小作為顯示是否記錄的依據(jù)；射線、滲透、目視、磁粉等檢測方法一般是以顯示信號的表征大小，如長度、直徑等作為是否記錄的依據(jù)[1]。顯示記錄后首先需判斷是否為相關(guān)顯示，非相關(guān)顯示不需要進一步分析，如超聲檢測中由于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或噪聲引起的偽缺陷。只有達到記錄標準的相關(guān)顯示才被定義為缺陷，兩個規(guī)范間的顯示記錄要求對比見表1。

圖1 缺陷處理流程

ASME記錄要求RSE?M記錄要求超聲檢測：不小于50%DAC的幾何結(jié)構(gòu)顯示；不小于20%DAC的不確定性質(zhì)的顯示超聲檢測：核Ⅰ級：不小于25%DAC的缺陷顯示；核Ⅱ級：不小于50%DAC的缺陷顯示射線檢測：所有缺陷顯示均記錄射線檢測：不小于4mm的氣孔；不小于5mm的夾渣表面檢測(滲透、磁粉等檢測方法)：大于1．5mm的缺陷顯示滲透、磁粉檢測：大于2mm的缺陷顯示

1.2 缺陷定性與定量

1.2.1 缺陷定性

在ASME規(guī)范第Ⅺ卷中缺陷特征化處理時采用了保守的假定，即假定所有檢測出的缺陷均為平面型或線形缺陷。這樣，裂紋、夾渣、氣孔、未焊透、未熔合、分層以及這些缺陷以任意組合形式等出現(xiàn)時，就可以用最少的標準來進行評定。此外，為了簡化缺陷分析，規(guī)范把所有形狀不規(guī)則的缺陷都簡化成理想的簡單幾何形狀來處理。這樣，不僅簡化了有關(guān)缺陷的標準，也便于斷裂力學(xué)原理的應(yīng)用。

在RSE-M規(guī)范中，依據(jù)檢測方法的不同，對缺陷定性也分別不同。滲透檢測分為圓形顯示和線形顯示，其中線形顯示被認為是危險缺陷。射線檢測一般以在底片中缺陷顯示呈現(xiàn)的在焊縫中的位置和缺陷特征判斷缺陷性質(zhì)，分為圓形顯示、線形顯示、裂紋、未熔合和未焊透等。手動超聲檢測一般通過缺陷回波特征(EN-1713《焊縫無損檢測》焊縫中缺陷的特征)對平面狀或非平面狀內(nèi)部顯示缺陷進行分類；自動超聲檢測一般通過B掃或D掃中的缺陷特征和端點衍射信號來判斷缺陷性質(zhì)，并將缺陷分為體積型顯示和平面型顯示，平面型顯示被認為是危險缺陷。

1.2.2 缺陷定量

缺陷定量，即缺陷大小和數(shù)量的測量。缺陷大小主要包括缺陷的長度、高度、面積等。不同類型的缺陷需要測量出缺陷不同的信息。役前和在役檢查中，缺陷大小是判斷其是否可以接受的主要依據(jù)。

1.3 缺陷驗收

缺陷驗收主要是指根據(jù)檢測得出的缺陷性質(zhì)以及測量的缺陷尺寸，與規(guī)范中規(guī)定的驗收準則(一般以表格的形式)進行比照，確定缺陷是否可以接受的過程。對于役前和在役檢查中的一些平面型缺陷或者假設(shè)為平面型的缺陷，在缺陷驗收表格對比前還需經(jīng)過尺寸歸一化處理、相關(guān)性分析等流程。

1.3.1 驗收準則

ASME規(guī)范中規(guī)定役前及在役檢查期間，如果探測到的缺陷滿足ASME規(guī)范第III卷的無損檢測驗收標準(部件制造中的驗收標準)，并在質(zhì)量保證記錄中備有證明文件，或探測到的缺陷滿足ASME規(guī)范第Ⅺ卷的驗收標準，則受檢部件可以驗收。在役檢查期間，如果探測到的缺陷超過ASME規(guī)范第Ⅺ卷的驗收標準，但按照ASME的要求進行的分析評定滿足其驗收準則，則該受檢部件仍可以驗收。其中ASME規(guī)范第Ⅺ卷驗收標準將缺陷分為平面型、分層(可認為是平面型缺陷的一種類型)和線形缺陷，根據(jù)受檢對象的核級別和材料不同，分別針對每一類缺陷規(guī)定了驗收表格進行評定驗收，在缺陷歸一化處理后依據(jù)受檢對象的厚度決定所允許缺陷的大小[1]。

RSE-M規(guī)范中規(guī)定役前檢查期間，如果探測到的缺陷滿足法國《核島機械設(shè)備在役檢查規(guī)則》(以下簡稱RCC-M規(guī)范)驗收標準(部件制造中的驗收標準)，則受檢部件可以驗收。在役檢查期間，如果探測到的缺陷滿足RCC-M規(guī)范的驗收標準，或者滿足RSE-M附錄5.2的驗收標準，亦或按照要求經(jīng)分析評價，安全裕度滿足要求(缺陷經(jīng)分析評價后在核電廠的整個運行壽期，不會因缺陷尺寸擴展或其他原因?qū)穗娬镜陌踩\行造成影響)，則該部件可以驗收。在RSE-M規(guī)范中僅對平面型缺陷規(guī)定了專門驗收標準，對于其他類型缺陷一般引用RCC-M規(guī)范中的規(guī)定。

1.3.2 平面型缺陷的歸一化尺寸

所謂的歸一化尺寸,即按照一定的換算準則將所測缺陷尺寸進行處理，便于按照統(tǒng)一的原則對缺陷的形狀進行定量描述。ASME規(guī)范和RSE-M規(guī)范的驗收標準均規(guī)定了平面型缺陷的尺寸歸一化處理的方法。

1.3.3 缺陷相關(guān)性分析

考慮到相鄰的缺陷可能會發(fā)生擴展而連接在一起，規(guī)范對于相鄰缺陷規(guī)定了相關(guān)性判斷原則，對于相關(guān)的兩個或多個缺陷應(yīng)合并為一個缺陷。并以合并后的尺寸來評價缺陷是否可以接受。ASME規(guī)范和RSE-M規(guī)范在判斷相鄰缺陷是否相關(guān)的整體思路上基本一致，僅在評價指標上存在一些差異。相鄰缺陷是否相關(guān)取決于每個缺陷尺寸位置歸一化尺寸(如長度或高度)以及缺陷間的距離。

2 RSE-M和ASME規(guī)范缺陷處理的主要區(qū)別

(1) RSE-M規(guī)范在役前階段要求采用檢測手段進行缺陷定性(如平面型或體積型，圓形或線形)，ASME規(guī)范則保守認為所有役前和役中發(fā)現(xiàn)的缺陷均為平面型或線形等危害性缺陷。

(2) RSE-M規(guī)范在役檢查中跟蹤的缺陷需和此前該缺陷的檢測結(jié)果進行對比，并判定缺陷是否發(fā)生顯著變化，ASME無此要求。

(3) RSE-M規(guī)范的缺陷驗收表無法適用于所有尺寸(長高比)的缺陷，ASME可以對任意尺寸缺陷的可接受性進行判定。

(4) RSE-M的驗收標準、相鄰缺陷的合并原則等，是根據(jù)設(shè)備功能(如壓力容器、穩(wěn)壓器或蒸汽發(fā)生器等)的不同分別規(guī)定的；ASME的驗收標準依據(jù)設(shè)備的尺寸、運行工況等(如焊縫厚度、應(yīng)力因子等)的不同分別規(guī)定。

(5) ASME規(guī)范對役前和在役檢查中可能出現(xiàn)的所有缺陷均單獨規(guī)定了驗收準則，RSE-M規(guī)范僅規(guī)定了平面型缺陷的驗收準則，其他類型缺陷的驗收準則均需引用RCC-M規(guī)范的相關(guān)要求。

3 實例分析

某電廠實施在役檢查，該廠穩(wěn)壓器筒體與筒底封頭連接焊縫厚度為84 mm，內(nèi)表面堆焊有7 mm的不銹鋼耐腐蝕層。某次在役檢查中，按照規(guī)范要求對該焊縫從外表面實施超聲檢測，檢測中發(fā)現(xiàn)了兩處相鄰的周向缺陷顯示D04和D05，該焊縫上的具體缺陷信息見表2。分別依據(jù)RSE-M和ASME對其進行分析評價。

表2 某焊縫具體缺陷信息 mm

缺陷尺寸示意如圖2所示。

圖2 缺陷尺寸示意

3.1 依據(jù)ASME規(guī)范第Ⅺ卷分析

(1) 缺陷顯示復(fù)合性

D04和D05缺陷距焊縫中心線的距離為14～15 mm，間距S小于13 mm，可認為兩個缺陷為共面的平面缺陷。兩個缺陷的間距S為4.5 mm，大于4 mm,因此為獨立的兩個缺陷顯示。

(2) 缺陷驗收分析

D04的形狀比(缺陷歸一化高度和長度的比值)a/l=2/21.5=0.093，缺陷與表面接近因子Y=19.8/2，大于1,取Y=1，表3為ASME規(guī)范穩(wěn)壓器缺陷顯示驗收準則(節(jié)選)，使用線性差值法計算出壁厚為84 mm時，形狀比為0.093的缺陷允許的a/t值為3.27%,即a不得大于2.75 mm。因此，缺陷D04可以接受。

同理可得缺陷D05也可以接受。

表3 ASME規(guī)范穩(wěn)壓器缺陷顯示 驗收準則(節(jié)選) %

(3) 驗收分析結(jié)論

依據(jù)ASME規(guī)范第Ⅺ卷，缺陷D04和D05均可以接受。

3.2 依據(jù)RSE-M規(guī)范分析

(1) 缺陷顯示的幾何包絡(luò)尺寸分析

D04和D05缺陷距焊縫中心線的距離范圍為14～15 mm，應(yīng)按照共面缺陷的互不相關(guān)性條件進行分析。

對于D04和D05缺陷顯示，其最近端點的距離為4.5 mm。對D04和D05分別建立相互關(guān)聯(lián)矩形，缺陷顯示關(guān)聯(lián)示意如圖3所示，這兩個相互關(guān)聯(lián)矩形相交(d=2.4 mm,重合距離為0.3 mm)，因此這兩個缺陷顯示相關(guān)。依據(jù)RSE-M標準，這兩個缺陷顯示應(yīng)合并為一個缺陷進行分析。

圖3 缺陷顯示關(guān)聯(lián)示意

(2) 缺陷驗收分析

(3) 驗收分析結(jié)論

依據(jù)RSE-M標準，缺陷D04和D05超出了驗收標準的閾值，不可以接受。

Comparison of Defects Analysis Method of Nuclear Power Equipment During Pre-service andIn-service Inspection Based on ASME and RSE-M Codes

GE Liang1, YANG Yong1, XU Xuguang1, HUANG Chao2

(1.Research Institute of Nuclear Power Operation, Wuhan 430223, China；2. CNNP Nuclear Power Operation Management Co., Ltd., Jiaxing 314300, China)

In the pre-service and in-service inspection of nuclear power plant equipment, the defects to be detected in the unclear class weld required for rigorous analysis and evaluation to ensure the safe operation of the nuclear plant. This paper describes the general process of defect display and takes the ASME and RSE-M codes as example to analyze the properties of defects, size normalization, correlation, and acceptance and so on. The difference between the two codes has been also summarized in the paper.

nuclear class weld; pre-service inspection; in-service inspection; defect analysis; ASME; RSE-M

2017-02-16

葛 亮(1986-)，男，學(xué)士，工程師，主要從事無損檢測技術(shù)研究和工程應(yīng)用工作

葛 亮，gel@cnpotech.com

10.11973/wsjc201705019

TG115.28

A

1000-6656(2017)05-0099-04