+7 (903) 799-86-55

Оборудование для многочастотного вихретокового контроля парогенераторов атомных электростанций



Дано описание установки для дис­танционного автоматизированного контроля теплообменных труб парогенераторов АЭС с реакторами типа ВВЭР. Методом многочастотного вихретокового контроля выявляются трещины, коррозия, износ, деформация труб, качество развальцовки, отложе­ния материалов.

 Об авторе

Чертов Святослав Иванович

 

 

Чертов Святослав Иванович 

 Технический директор российско- французского СП "Энергоконтроль" - предприятия, специализирующегося на внедрении передовых методов и средств неразрушающего контроля оборудования атомных станций.

 

 

 

Задача проведения вихретокового контроля (ВТК) теплообменных труб парогенераторов (ПГ) АЭС с реакторами ВВЭР встала в конце 80-х гг. в связи с частыми повреждениями труб на вертикальных парогенераторах, находящихся в эксплуатации на АЭС в США, Франции и в других странах. Типовой программой по эксплуатационному контролю за состоянием основного металла и сварных соединений оборудования и трубопроводов атомных станций с ВВЭР пред­писывается обязательность вихретокового контроля металла теплообменных труб ПГ АЭС.

Качественное выполнение ВТК всего объема металла тепло- обменных труб осложняется малым радиусом изгиба труб в пучке ПГ, компактностью пучка и сложностью проведения работ в паро­генераторах АЭС из-за высокого уровня радиации.

Дефекты в теплообменных трубках развиваются преиму­щественно от наружной поверхности и концентрируются, в основ­ном, в местах прохождения через дистанционирующие решетки. Мешающие сигналы создаются отложениями на наружной поверх­ности трубок, содержащими электропроводные, в том числе фер­ромагнитные частицы. Многообразие дефектов и сигналов чрез­вычайно затрудняет проведение анализа данных ВТК и выявление опасных дефектов.

парогенератор

  Рис. 1

В нашей стране ВТК оборудования АЭС полу­чил широкое внедрение, начиная с 1988 г. в связи с использованием вихре- токовых дефектоскопов ВД 73 НЦ для контроля перемычек коллекторов ПГ, действующих и вводи­мых в эксплуатацию АЭС с реакторами типа ВВЭР.

Что касается выполнения ВТК теплообменных труб пароге­нераторов (рис. 1), то он стал возможен на наших АЭС с 1990 г. после приобретения у французской фирмы «Интерконтроль» двух установок дистанционного автоматизированного контроля.

Установка базируется и затем транспортируется от одной АЭС к другой на автомобильном грузовом полуприцепе в двух контейнерах: грузовом, где располагается манипулятор, и так называемом «шептере» - передвижном устройстве для обеспечения процесса сбора, обра­ботки и анализа сигналов вихретокового контроля.

Шелтер устанавливается вблизи реакторного помещения и соединяется кабелем длиной 200 м с двумя стойками, располагающимися на расстоянии - 25 м от парогенератора. В полной безопасности и комфортабельных окружающих условиях операторы осуществляют дистан­ционное управление манипулятором и сбор данных.

Установка фирмы «Интерконтроль» предназначена для автоматизированного ВТК тепло-обменных труб по всей длине*; зоны развальцовки, межтрубных перемычек коллектора и обеспечивает выявление следующих аномалий: дефектов типа «нехватка материала» (тре­щины, коррозия, износ), деформации трубок, отложений электропроводящих и непроводящих материалов, наличия магнитной зоны, а также качество развальцовки.

Метод многочастотного ВТК, который используется в данной установке «Интерконтроль», основан на анализе и синтезе сигналов вихретокового преобразователя, обусловленных взаимодействием электромагнитного поля разной час­тоты с объектом контроля.

 блок «ФОНИК»

Рис. 2

1 - блок «ФОНИК»: телефонная связь с операторами в реакторном по­мещении; 2,3 - видеомонитор; 4,5- дистанционное управление «Визар»; 6 - центральный процессор для подтверждения качества сиг­налов; 7 - дистанционное управление камерой; 8 - блок управления манипулятором; 9 - коммутатор измерительных каналов; 10 - устройство сопряжения с манипулятором; 11 - блок управления вращающимся зондом STL; 12 - пульт управления устройством для ведения зонда/ проходным зондом; 13 - экран супервизора (программируемой системы управления всем оборудованием в автоматическом режиме); 14 - кла­виатура супервизора; 15-центральный процессор супервизора; 16-блок вывода данных на экран; 17 - анализатор вихретоковых сигналов (IC4AN), 18 - графопостроитель; 19 - платы с фильтрами для STL; 20 - блок «Индоник» для нормализации сигналов для записи на цифровом опти­ческом диске (DON) и для их отображения на экране в виде аналоговых сигналов; 21 - центральный процессор управления 12-дюймовым DON; 22 - запись данных на 12-дюймовом DON; 23 - принтер супервизора

Для возбуждения вихревых токов в объекте контроля и преобразования в измеряемый сигнал используется внутренний проходной преобразо­ватель дифференциального типа с осевой симметрией, в дальнейшем называемый проходным зондом (SAX). Данный тип зонда может быть допол­нен катушкой намагничивания, не зависящей от обмоток измерения, позволяющей преодолеть ло­кальные изменения магнитной проницаемости.

Сигнал зонда имеет комплексный характер, что позволяет отобразить его на комплексной плоскости вихретокового преобразователя (ВТП).

Проходной зонд имеет две идентичные обмотки, включенные встречно и подключаемые в смежные ответвления измерительного моста. Обмотки лежат в плоскости, перпендикулярной направлению движения зонда.

От генератора частоты на измерительный мост подается комплексное напряжение трех частот. Уравновешивание моста (балансировка зонда) проводится в бездефектной части трубы.

При прохождении зонда в районе дефекта магнитное поле каждой катушки искажается и происходит нарушение равновесия (дисбаланс) измерительного моста. Сигнал дисбаланса после усиления и демодуляции можно визуализировать на экране монитора. Форма сигнала подобна фигуре Лиссажу: два симметричных противостоящих «ле­пестка», соответствующих последовательному прохождению каждой обмотки в районе дефекта.

Сигнал ВТП характеризуется амплитудой, фазой, формой. Эти величины зависят от свойств объекта контроля и параметров ВТК, в частности от электромагнитных характеристик объекта конт­роля, размеров ВТП и объекта контроля, частоты и силы тока возбуждения ВТП, типа, размеров и ориентации дефекта.

По значению фазы сигнала ВТП определя­ется тип дефекта. Для дефектов типа «нехватка материала» определение глубины дефекта про­водится по кривой «фаза-глубина». Кривые снимаются экспериментально для конкретного объекта контроля при разных частотах.

Определяющим моментом для многочас­тотного метода ВТК является различная для раз­ных частот зависимость фазы сигнала ВТП от параметров дефектов или объекта контроля.

Осуществляя смешивание символов, полу­ченных на разных частотах, возможно появление мешающих факторов ВТК. Основными мешаю­щими факторами при проведении ВТК трубчатки ПГ являются: геометрический фоновый шум, дистанционирующие решетки, край трубной доски (коллектора), случайное распределение ферритной фазы в теле трубы.

Оборудование сбора данных установки «Интерконтроль» обеспечивает доставку зонда к контролируемой трубе, проведение ВТК этой трубы, проверку и регистрацию данных, контроль и наблюдение за выполнением операций.

Выполнение операции «доставка зонда» осуществляется системой позиционирования, состоящей из манипулятора, механизма селек­тора направляющей трубы, блока электроклапанов и пульта управ­ления, и системой привода зонда.

Проведение ВТК выполняется системой измерения и записи, включающей в себя зонд (проходной или вращающийся); эталонную трубу с четырьмя дефектами; эталон трубы с коллектором; многочастотный генератор «Гармоника-210»; аналого-цифровой и обрат­ный преобразователь; блок дистанционной передачи; блок визуали­зации; устройство управления; ПЭВМ сбора.

При контроле проходным зондом труб из стали 08Х18Н10Т используются следующие час­тоты в абсолютном и дифференциальном режимах:

-         280 кГц, оптимальная частота для обнаруже­ния дефектов, расположенных на внутренней поверхности трубы и позволяющая при смеши­вании устранять «геометрический фоновый шум»;

-         130 кГц, является основной частотой, на которой выделяются по фазе сигналы дефектов. Смеще­ние по фазе сигналов от дефектов типа «не­хватка материала», лежащих на внутренней и внешней поверхностях трубки, составляет 90 %;

-         - 60 кГц, частота обнаружения дефектов на наружной поверхности трубы и сигналов от дистанционирующих решеток, на этой же час­тоте работает зонд в абсолютном режиме для выявления размерных изменений. Изменение частот генератора осуществляется заменой плат задающих частот. Аналого-цифровой и цифро-аналоговые преобра­зователи осуществляют соответствующие преобразования данных при передаче и записи данных.

Блок дистанционной передачи позволяет передавать данные, по­лученные генератором «Гармоника -210» в шелтер на устройство записи.

Устройство управления представляет собой ПЭВМ-1, на которой реализовано специальное программное обеспечение, осущест­вляющее дистанционное управление манипулятором, сбор данных и тестирование электронной части системы.

сигналы от эталонных дефектов при измерении по абсолютной схеме

Рис 3

 1,2- сигналы от эталонных дефектов при измерении по абсолютной схеме, фигуры Лиссажу и тактовый импульс; 3- сигнал сквозного отверс­тия в виде фигуры Лиссажу; 4,5- изображение, имитирующее профиль трубы в зоне упруго-вязкого перехода развальцовки; 6, 7 - компоненты X и Y сигналов, собранных при контроле трубы

Регистрация данных проводится на ПЭВМ-2 при помощи СМПО «Аида» - математического программного обеспечения для сбора и анализа данных при вихретоковом контроле.

При сборе данных «АИДА» осуществляет непосредственную за­пись вихретоковых сигналов, преобразованных в цифровую форму, их хранение на цифровом оптическом диске (DON), проверку качест­ва данных при каждой записи, диалог с системой управления авто­матическими средствами.

Сигнал проходного зонда SAX по четырем частотам, представ­ленный последовательностью чисел в цифровом виде, записывается на съемный жесткий диск. При каждом сборе система «АИДА» прово­дит проверку качества собранной информации с выдачей сообщения на экран дисплея. Записанные данные могут быть представлены в графическом виде на дисплее ПЭВМ. В заголовке экрана указаны основные параметры текущего контроля. В нижней половине экрана отображаются проекции на оси X и Y сигнала зонда по одной из четы­рех частот. В верхней половине для анализа выводится в увеличен­ном масштабе часть записи (соответствующая 200 мм длины трубы).

Контроль и наблюдение за выполнением команд манипулятором осуществляется при помощи двух телекамер, установленных внутри коллектора. Для связи между рабочими местами используется гром­коговорящая система «Фоник».

Первым этапом сбора данных является контроль всей длины тру­бы проходным зондом SAX. По заполнении съемного жесткого диска он заменяется на чистый и передается для оперативной обработки.

В результате обработки определяется необходимость проведения повторного контроля трубы или участка трубы зондом SAX с возмож­ным изменением параметров контроля.

При необходимости может проводиться контроль развальцовки

определенных труб вращающимся зондом STL, а также контроль перемычек коллекторов вращающимся зондом DSR.

При возникновении проблем с качеством сбора проводится пов­торная балансировка зонда с возможными изменениями параметров генератора «Гармоника-210». Если это не помогает, осуществляют замену зонда с соответствующими изменениями в идентификаторе.

Схема сбора данных СМПО «АИДА»

Схема сбора данных СМПО «АИДА»

 Обработка и анализ данных проводятся на ПЭВМ-3. Загружается СМПО «АИДА», в дисковод устанавливается диск с обрабатываемой информацией. Проверяется правильность заполнения идентифика­тора контроля и состава системы.

Оператор в режиме «Обработка данных / Повторное считывание» задает номер обрабатываемого диска и запускает автоматическую обработку данных. Система фиксирует все аномальные превышения сигналов над заданным уровнем и отмечает их красной меткой при отображении частот на дисплее.

По окончании автоматической обработки проводится анализ данных, позволяющий определить выявленные индикации. Оператор выбирает номер обрабатываемого диска и по каждой трубе должен выполнить следующие операции: отобразить на дисплее каждую индикацию, полученную при обработке; если необходимо, провести анализ индикации; подтвердить каждую сохраняемую индикацию; при отсутствии подтвержденных индикаций оператор фиксирует бездефектность трубы.

Оператор проводит систематический анализ развальцовок в холодном и горячем коллекторах с целью обнаружения трещины в переходной зоне развальцовки и аномалии развальцовки.

Отобразив на экране частоту 130 кГц и просмотрев оба канала X и Y, оператор определяет следующие типы аномалий: ВР - фоно­вый шум; СН - удары в прямой части трубы и гибе; DР - удар под дистанционирующей решеткой; ММ - нехватка материала.

После выполнения анализа всех труб и перемычек коллекторов выпускается отчет, в котором указывается тип дефекта, его коор­динаты по длине теплообмен ной трубы, количество обнаруженных дефектов, их величина. Все обнаруженные дефекты наносятся на картограмму парогенератора и записываются в память установки для хранения и последующего слежения за ростом дефектов. В зависи­мости от величины дефекта принимается решение о глушении тепло-обменной трубы или обязательности ВТК на следующем этапе.

Схема обработки данных СМПО «АИДА»

Схема обработки данных СМПО «АИДА»  

 

Благодарим журнал "В Мире НК" за любезно предоставленную информацию http://www.ndtworld.com

Возврат к списку