蒸汽发生器传热管涡流检测可靠性有限元分析

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1、蒸汽发生器传热管涡流检测可靠性有限元分析廖述圣林戈（核动力运行研究所，武汉430074）摘要在核电厂蒸汽发生器传热管涡流检测中，对缺陷的定量可靠性研究是一个重要的问题。本文利用有限元方法针对环槽在涡流检测中相位深度曲线的判伤可靠性进行了初步定量定性分析。通过大量计算结果的统计和分析，获得了在环槽情况下不同深度的定量偏差，以及他们之间的定性关系。关键词涡流检测；可靠性；有限元；蒸汽发生器传热管ReliabilityofECTAnalysisforSteamGeneratorTubesbyFiniteElementMethodLiaoSh

2、ushengLinGe(ResearchInstituteofNuclearPowerOperation,Wuhan430074,China)AbstractItisanimportantsubjectthatreliabilityofsizingfordefectsinnuclearpowerplantsteamgeneratortubeseddycurrentinspection.ThispaperKeywordsEddycurrentexamination;;Finiteelement;Steamgeneratortubes在核

3、设备传热管检查过程中，缺陷的准确的定性定量有着重要的作用。定量的过小或漏检，威胁运行的安全性；定量过大，将导致堵管，降低核动力装置运行的效率甚至报废，给国家经济带来重大损失。因此准确的检测结果对核电厂安全、高效、清洁、可靠的运行有重要的作用，传热管涡流检测的可靠性就显得格外重要。为了方便研究，我们将涡流检测偏差分为三类来源，第一是检测方法的偏差。第二是检测系统的偏差，第三是人为因素的偏差。随着检测仪器以及软件技术的发展，第2和3个因素的偏差已经减低到较小的程度，占主要地位的是检测方法的偏差，就是本文要探讨的主题。1．传热管涡流检测可靠

4、性研究方法在以往的可靠性研究当中，我们主要有两种方式来对涡流定量可靠性进行评估。一是制造大量试验管，然后通过采集分析统计的方法来进行可靠性分析。这种方法优点是针对性强，直观、可信度高。缺点是缺陷加工与计量的偏差，材料的均匀与一致性、仪器与探头的偏差、检测中的机械不稳定性（如摆动、速度不均匀等）以及检测的灵敏度都对可靠性分析造成了一定的难度和成本的增加。甚至在很多情况下，缺陷无法加工。第二种方法是对电厂实际缺陷进行定量后，取出管对缺陷进行解剖测量，再进行统计的方法来评估涡流检测的可靠性。优点是直观反映了当前设备对当前检测对象的检测可靠性

5、，可信度高。但是由于实际缺陷的偶然性，采样不够完整全面，其结果不具有普遍性。随着计算机技术的发展，有限元技术被引入到涡流检测研究中[1]，有限元计算方法没有仪器探头与材料上的问题，可以研究理想条件下涡流检测，从而可以很好的进行定性研究。能够很大程度上解决和补充试验方法的不足。但是数值计算本身也存在一定偏差，因此对可靠性偏差的精确定量比较困难。数值计算则不存在以上试验中其他因素的干扰，可以很好对其进行定性的分析。因此，试验方法、工程缺陷统计方法、数值计算方法各有优缺点，不能偏重也不能忽视其一，只有三者有机的结合起来才能获得有成效的结果。

6、2．相位深度曲线定量可靠性缺陷深度定量技术主要利用相位深度曲线和幅值深度曲线。下面我们主要讨论采用峰-峰值测量法相位深度曲线在深度定量上的可靠性。以下计算采用的计算参数如表1表1计算参数表线圈内径外径高度线圈间距匝数电导率磁导率13161.51.5321.56e-81标定管材料内径外径电阻率磁导率INCONEL69016.8191.15e-61激励电流频率1550e3一般来说，相位深度曲线主要依据标准规定的人工缺陷的信号获得。如国内核电厂采用较多的法国RSEM标准标定管如图1。图1RSEM标准涡流检测标定管图在核电厂深度定量中，一般使

7、用10％内环槽、100%通孔、40％外环槽、10％外环槽作标定曲线。为了方便计算，我们使用0.6mm的100％环槽代替100％通孔（试验已验证其相位角相等）。使用有限元方法计算获得各个深度的阻抗相位峰峰值，按照通槽40度为基准，获得各相位值如表1：表2：RSEM标定管计算相位值10％内环槽(宽1mm)100％环槽(宽0.6mm)40％外环槽(宽1mm)10％外环槽(宽1mm)计算相位值6.340122147根据以上结果，作相位深度曲线（PDC）如图2图2RSEM标准涡流检测标定管计算标定曲线涡流检测都是以加工某一尺寸的标准缺陷，以此为

8、标尺，来对未知缺陷的深度进行定量，这必然导致检测方法上的偏差，为了方便讨论，我们首先选择一个深度为40％壁厚的人工外槽，用有限元方法计算其宽度不同时的深度定量偏差。图3是用有限元计算方法计算深度相同但是宽度不同的人工环槽