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核电站用温度仪表套管水压试验方案探讨

来源：易榕旅网

第24卷第11期2017年11月仪器仪表用户INSTRUMENTATION

EIC Vol.24

2017 No.11

核电站用温度仪表套管水压试验方案探讨

康文捷1，李向华2，杨晓波1，吴炎召1，李高文2

（1.重庆川仪十七厂有限公司，重庆 400700；2.中广核工程有限公司，广东深圳 518124）

摘，要：文章介绍了核电站用温度仪表套管的类型，分析了对其进行水压试验的目的和实际操作方法，并对该试验的实际效果进行了分析，旨在探讨一种既能快速、准确检验缺陷，又利于工程实际的缺陷探测方案。关键词：核电站；温度仪表套管；水压试验

DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2017.11.012

中图分类号：TH811 文献标志码：A

文章编号：1671-1041(2017)11-0048-02

Discussion on Hydraulic Test Scheme for Thermowells Which Used

in Nuclear Power Station

Kang Wenjie1, Li Xianghua2, Yang Xiaobo1, Wu Yanzhao1, Li Gaowen2

（1.ChongQing ChuanYi Instrument No.17 Factory Co.,LTD., Chongqing, 400700, China；2.China Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Guangdong, Shenzhen, 518124, China）

Abstract: This essay introduces several types of thermowells used in the nuclear power plant, analyses the aims, the operating method and the actual effects of hydraulic testing, which aims to describe one fast, accurate and also engineering-convenient defect examination resolution.

Key words：nuclear power station；thermowell；hydraulic testing

0 引言

温度测量在现代工业精细控制中作为不可或缺的重要测量已越来越受到重视，在核电站“热-电”转化过程中也有着大量的使用，为了安全需要和便于在线更换传感器等要求，在核电站测量管道及罐体内部介质温度时，均采用了有套管结构的温度仪表。

由于核电站工作介质的特殊性及核电站运营过程对于安全的谨慎，特别是三代核电机组大量取消旁路，直接在主回路测温的现状下，一旦温度仪表套管（以下简称套管）出现泄漏、甚至断裂都极易造成严重的后果，故对温度测量用套管的质量提出了较高的要求。

套管设计时需要对其结构进行设计分析，确保其安全系数具有冗余性及良好的可靠性，对于套管原材料的制造方法、性能参数也有着近乎苛刻的要求，套管加工时也均要求采用整体棒料机加工的方式。

为了避免存在后期加工缺陷产品的非预期使用，在套管加工完毕后还需要进行一系列的检验和试验，如水压试

验、表面渗透检验及X射线内部尺寸检验等检验和试验项目，进一步确保套管的品质。

文章主要讨论套管加工完成后的水压试验，对其试验方法、试验实现过程及试验效果进行分析、提出建议供核电仪控设计及运营工程技术人员参考。

1 套管的类型

在核电站各工艺环节，由于测量介质特性及安装位置的差异，套管按其安装方式可分为如下几类，如图1所示。

焊接式结构套管主要适用于常规岛测量汽机及辅助单元各工艺回路的温度。由于测量处压力较高，均采用焊接式结构进行安装。

法兰式结构套管多用于海水冷却回路的温度测量，主要是基于海水腐蚀性强，后期需要更换的考虑，故而多采用法兰式安装结构，这种结构在核电站所用套管中数量最少。

螺纹连接+密封焊接结构套管由于安装、拆卸较为方

收稿日期：2017-07-28

作者简介：康文捷（1969-），男，重庆北碚人，工程硕士，高级工程师，从事各种行业接触式温度仪表的研究开发工作。

才能实施套管的水压试验，如果不能一次发现设备及连接部位的泄漏点，还需多次重复试压过程。这也极大地影响着试验的效率。

同时，按照试验要求，试验用水的水质化验和试验的间隔时间不得超过24h，而水质化验需委托第三方检测机构进行，由于试验样品数量多、效率较低，往往完成一批套管水压试验的时间远大于24h，故必不可少的会出现停工等待水质化验结果再行开展试验的现象，试验效率低而且成本也高。

在重庆川仪完成已承制的数千支核电站用套管水压试

图1 套管安装方式

Fig.1 Thermowells installation

验过程中，未曾发现过一例套管在水压试验中出现明显泄漏痕迹的现象。

3 套管水压试验引发的思考

便、可靠性高、可安装于位置狭小区域等特点，在核电站所用套管中是使用数量最多的一种，多用于核岛内部各种工艺环节或试验点温度的测量。

承压设备的水压试验的目的主要是为了验证设备的强度及严密性，上文已经说明，对于核电站用温度仪表套管在其设计时已对其结构进行了较为详细的结构强度核算验证[2,3]，其结构强度核算时已有足够的冗余，如果需要验证其结构强度，完全可以采用对每种结构套管按照最大试验压力进行水压试验即可，完全没有必要对同种结构的套管进行多种压力试验。

除法兰安装套管有焊缝外，焊接式和螺纹连接+密封焊接式套管均采用棒材一体加工而成，作为单一部件，与其它承压部件采用组件焊接而成的结构有所区别。

若存在严密性缺陷，则多为贯穿性缺陷，如贯穿性孔洞、贯穿性裂纹、中心盲孔与外圆不同心造成严重的壁厚不均等，下面将分别对这几种缺陷的检验方法进行分析。

贯穿性孔洞存在的可能性一般较低，由于加工套管所需的棒材均已经过超声波探伤检验，如有孔洞性缺陷，是不会用于后期加工的，另外这类缺陷也可通过目视检验的方法进行筛除。

贯穿性裂纹缺陷完全可以使用表面渗透检验的方式进行筛除，并且检验效率和效果均好于水压试验。

中心盲孔与外圆不同心造成的套管壁厚不均（俗称单边）现象在加工中是存在的，偏差不大的情况下，由已有的工程实践来看，水压试验是无法检出的。套管出现壁厚不均现象在使用过程中由于压力过大、材料在高温下强度不够或在腐蚀下的确存在穿孔泄漏的风险，是需要引起重视的，但目前核电站套管的采购技术文件中并未对该参数进行要求。

要检测套管内孔的壁厚不均缺陷，常规的技术手段是无法检查的，重庆川仪通过多年的工程实践，完整地总结出一套通过对套管进行两个互为90°方向的X射线照相检验技术进行检验的特色技术。由于其内盲孔可以清晰地成像在射线照片中，其检验的可靠性高，并且一次可以检验多支套管，其检验效率较高，完全可以达到筛除不满足要求套管的目的。

（下转第5页）

2 套管的水压试验

2.1 套管水压试验的技术要求

核电站用套管的水压试验要求，按照设计方给出的技术规范要求主要有以下几点：

1）试验用水需要满足其专项技术规范书及标准的要求，对其中卤素的含量、电导率、电阻率、PH值等参数都有严格的要求，而且水质化验和试验的间隔时间不得超过24h[1]。

2）试验装置要求为全不锈钢结构，因为套管多为不锈钢材料，为了避免铁素体污染，其试验装置不能有碳钢的存在。

3）试验时水压的升压过程：水压先升到套管的最大工作压力，然后迅速升到试验压力，保压0.5h。

4）水压试验的验收条件：在保压过程中不得存在明显的泄漏痕迹。

2.2 套管水压试验现状

根据以上要求不难看出，要实现此试验过程，难度颇大。

由于套管接口种类和数量较多，套管生产制造厂家不大可能为每一种类型的套管预留较多的试验接口，试验时每次能试验的套管数量较少，往往需要花费数天的时间才能完成一个机组所需套管的水压试验。

由于套管测量介质及使用环境各异，其工作压力也不一致，在完成一个机组所需套管水压试验时需要设置数十个试验压力，不同试验压力还需要使用不同量程的压力表，需要在试验中不停地更换压力表，也极大地影响着试验的可操作性和试验进度。

压力仪表及试验件套管更换后，往往还需先对装置进行试压，对整个装置密封性进行测试，待装置无泄漏点后

波器的光强的和差比值,η,(λ),随温度变化的曲线如图7所示。

因此，光纤光栅传感器在许多领域的应用前景非常光明。现代工业应用中温度的检测非常重要，但传统的测温方法却由于很多原因逐渐不能满足现场环境的要求。因此，探索新的测量方法和手段非常必要。

本文介绍了基于光纤布拉格光栅传感解调系统的工作原理，搭建了采用边缘滤波器法的温度解调系统，通过实验数据得知该解调系统能够实现对温度的解调，并分析了影响解调系统精度的原因，取得了良好的实验结果，为光纤布拉格光栅在温度监测系统中的应用奠定了基础。

图7 光强比值与温度拟合曲线

Fig.7 Light intensity ratio and temperature fit curve

参考文献：

[1]侯俊芳,裴丽,李卓轩,等.光纤传感技术的研究进展及应用[J].光[2][3][4][5][6][7][8]

电技术应用,2012,27(1):49-53.

周倩,宁提纲.光纤光栅传感器信号解调方法的研究[J].光通信技术,2010(8):8-11.

赵勇.光纤传感原理与应用技术[M].北京:清华大学出版社,2007,253-258.

卢晓洋.基于FBGA的光纤光栅解调仪系统研究与开发[D].济南:山东大学,2011:21-58.

李林,毕卫红.分布式光纤光栅传感器解调系统[J].传感器世界,2006(7):21-23.

张栋.基于DSP的光纤光栅温度传感系统[D].济南:山东大学,2010.

邱银瑞.基于LabVIEW的光纤布拉格光栅传感信号解调系统的研究[D].河北秦皇岛:燕山大学,2011:2-4.

周勇,赵新铭,孙岳阳,等.分布式光纤温度传感渗漏监测技术研究进展[J].新技术新工艺, 2014(11):119-122.

由图7可知，在温度不断上升的过程中，解调系统中两路光强的比值和温度的变化有较好的线性关系，与公式y,=,0.002,x,+,0.0122,的拟合度达到了0.9899，也进一步说明边缘滤波器的中间段具有良好的线性，并且作为边缘滤波器的长周期光栅的损耗峰的波带比较宽，适合对布拉格光栅测温系统进行解调，动态范围比较大。由此，可以根据解调系统的输出光强间接的得知布拉格光栅反射光的中心波长，从而很好地对布拉格光栅进行解调。

3 结束语

由于光纤光栅结构简单，容易构成光纤测量网络以及适应恶劣环境（如强电磁干扰、易燃易爆区域）的优点。

（上接第49页）

4 套管水压试验的建议

从以上分析内容不难看出，现阶段核电站用套管的水压试验，其实现过程复杂、试验效率低下、试验费用巨大，而且对于其缺陷筛除的目的与实际效果不相吻合，从工程实际着想，建议对核电站用温度仪表套管的水压试验从以下几个方面进行优化：

1）取消套管成品的水压试验检验项目。

2）增加套管外表面的液体渗透检验在套管产品检验中的权重。

3）对套管的中心盲孔与外圆的同心度及其检测方法提出明确要求，以便筛选出加工过程造成的套管内孔壁厚不均的缺陷产品。

4）从谨慎决策角度考虑，为了验证套管的结构强度，可以对每种类型套管抽样进行1.5倍最大工作压力下的水压试验。

5 结束语

文章从工程实际出发，对核电站温度仪表套管水压试验的实现过程及试验方法进行了分析和讨论，借此向相关工程技术人员提供参考，共同寻求出一种既经济高效，又能准确识别缺陷产品的检验方法。

参考文献：

[1]RCC-M,,Design,and,Construction,Rules,for,Mechani-cal,C-omponents,of,PWR,Nuclear,Islands,Edition,2000,and,Addend-um.,2002.

[2]The American Society of Mechanical Engineers. ASME PTC19.3

TW-2010, Thermowells Performance Test Codes[S]. New York: ASME, 2010.

[3]康文捷,杨晓波,黄国鹏. ALGOR在温度计套管设计中的应用[J].

智能制造,2011(6):48-50.

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