核電站反應堆主冷卻劑系統(tǒng)是防止裂變產(chǎn)物外逸的第二道屏障，由反應堆壓力容器、主泵、穩(wěn)壓器、蒸發(fā)器和相應管道等組成。核電站一回路部件由于長時間受震動、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。法國于1978年開始就針對壓水堆核電站一回路的相關焊縫展開了聲發(fā)射檢測。目前，在壓水堆核電站的役前和在役檢查中，聲發(fā)射檢測主要用于主冷卻劑系統(tǒng)水壓試驗期間的監(jiān)測。

核電站一回路示意

聲發(fā)射在水壓試驗期間的檢測范圍

1.反應堆壓力容器

控制棒驅動機構(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)

檢測反應堆壓力容器下封頭50根堆芯測量儀表貫穿件上的各2條焊縫(即貫穿管與反應堆壓力容器底封頭的焊縫和儀表導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行上述部位焊縫的泄漏檢查。

檢測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險大，部分區(qū)域存在保溫阻擋。

檢測穩(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，核電廠水壓試驗壓力平臺持續(xù)的時間長，因此運用了聲發(fā)射檢測。

為了進一步分析判斷泄漏源的位置，以便判定是由堆芯測量導管與隔離閥（或密封閥）的連接焊縫產(chǎn)生的泄漏信號，還是堆芯測量儀表貫穿件焊縫產(chǎn)生的泄漏信號，須在堆芯儀表小室布置探頭，檢測50根堆芯測量導管與隔離閥（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，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。

檢測儀器

一臺多通道聲發(fā)射儀；

一臺微型計算機，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三檔開關供選擇；

若干高頻信號電纜以及探頭固定磁性夾；

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械設備設計與建造法則防污染要求》中的要求，而且能耐檢測期間的環(huán)境溫度。

現(xiàn)場標定

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

檢測所使用的多通道聲發(fā)射儀，采用平均信號電平ASL表示信號的大小。

按照檢測區(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，對探頭進行編號，并與相應的通道號對應。

采用寬頻帶噪聲信號發(fā)生器驅動校核探頭，產(chǎn)生與泄漏信號相類似的模擬噪聲信號，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，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、主泵停止運轉、沒有任何系統(tǒng)投入運行，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)測量的本底噪聲的ASL，調(diào)整通道的報警閾值至高于本底噪聲電平3dB。

核電站一回路水壓試驗期間，聲發(fā)射信號監(jiān)測主要針對上行172 bar保壓平臺、228 bar（在役檢查為206 bar）保壓平臺、下行172 bar保壓平臺。

實例一

某核電廠在役水壓試驗期間，在206 bar的保壓平臺，經(jīng)過信號監(jiān)測，反應堆壓力容器(RPV)頂蓋的相關通道信號持續(xù)超過報警閘門(下圖中紅線)，圖中橫坐標為時間軸，縱坐標為信號幅值(dB)。

反應堆壓力容器上封頭典型信號示意

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

在206 bar保壓平臺反應堆壓力容器上封頭(RPV)各通道的報警閘門閾值、信號超閘門平均值、信號降至報警閘門以下的時間見下表：

從數(shù)據(jù)上看，由于反應堆壓力容器頂蓋區(qū)域范圍相對較小(頂蓋直徑為4070mm)，各探頭超標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。從信號偏高持續(xù)的時間來看，4號通道持續(xù)的時間最長，降得最慢(見下圖)。

206 bar保壓平臺降壓后

4號通道信號下降示意

經(jīng)過現(xiàn)場目視檢查，在頂蓋上表面56號(下圖中圓圈部位，靠近4號探頭)控制棒驅動機構邊緣存在硼結晶的現(xiàn)象。

在現(xiàn)場，聲發(fā)射檢測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、泵的運轉、交叉作業(yè)，部件附近存在的切割打磨、敲擊等活動。因此，排除外界干擾源的影響也是保證聲發(fā)射檢測時正常有效信號采集的關鍵。

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)射技術的重要分支，其主要是對主冷卻劑系統(tǒng)承壓設備的相關焊縫泄漏導致的振動進行監(jiān)測。

泄漏源產(chǎn)生的聲發(fā)射信號特點為：

1.泄漏聲發(fā)射信號屬于連續(xù)信號。

2.泄漏聲發(fā)射信號在系統(tǒng)內(nèi)傳播，能反映諸如漏點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)學物理模型。

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

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，轉化成的信號幅值也不同。在排除噪聲等干擾因素的情況下，可根據(jù)信號幅值的高低，信號持續(xù)時間的長短來定位泄漏源的位置。

總結：

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

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

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

4.通過干擾信號的排除以及其他無損檢測方法的輔助配合，能有效地進行一回路水壓試驗聲發(fā)射檢測，對核電站一回路部件相關焊縫的耐壓試驗是否合格作出有效評定。