摘　要：介紹了壓水堆蒸汽發生器熱交換管的材料構成以及幾種材料腐蝕的類型，闡述了熱交換管的老化機理、發生部位及裂紋形態，論述了熱交換管在役檢查的要求、方法及局限性。

　　關鍵詞：壓水堆蒸汽發生器　腐蝕　檢查
　　
　　蒸汽發生器熱交換管是壓水堆一回路壓力邊界的重要組成部分，是防止放射性裂變產物外泄的主要屏障，因此熱交換管對核安全的重要性僅次于反應堆壓力容器、安全殼和一回路主管[1]。熱交換管破裂后，一回路放射性冷卻劑將進入二回路，發生冷卻劑喪失事故。放射性裂變產物或者進入常規島，或者通過安全閥排向大氣，造成核污染。因此蒸汽發生器熱交換管的檢查極為重要。

　　1 熱交換管的材料
　　早期熱交換管材料選用奧氏體不銹鋼，例如304不銹鋼。由于抗應力腐蝕能力較差，歐美國家開發出鎳基合金鋼作為熱交換管的材料。最早的鎳基材料是Alloy600。后來發現Alloy600材料抗應力腐蝕的能力仍不理想，因此又開發出Alloy800和Alloy690材料。目前西歐、日本和美國的核電廠都使用鎳基合金作熱交換管材料，一部分老核電廠仍然使用Alloy600，一部分新核電廠已使用Alloy800和Alloy690。
　　除了強度和韌性考慮外，熱交換管選材有2個原則：
　　（1）抗應力腐蝕；
　　（2）抗材料流失，防止一回路活化產物過多。
　　廣東核電集團下屬核電廠的蒸汽發生器熱交換管均使用Alloy690，秦山一期使用Alloy800，田灣核電廠使用俄羅斯奧氏體不銹鋼。
　　2 熱交換管的主要老化機理和發生部位[2]以及裂紋形態
　　2.1一回路水環境應力腐蝕開裂（PWSCC）
　　影響熱交換管材料對PWSCC敏感性的因素有：材料微觀特性，如合金成分、晶界碳化物；較高的環境應力或殘余應力；腐蝕性環境，例如一回路水化學和溫度。
　　PWSCC主要發生在下列部位（對再循環蒸汽發生器而言）：管板的近脹管過渡區；U形彎管處，曲率半徑越小，PWSCC可能性越大；管板、支撐板處管子發生凹陷的部位；熱段區域管子PWSCC多，冷段區域PWSCC少。說明殘余應力大，PWSCC可能性大；環境溫度高（僅指PWR核電廠運行環境），PWSCC可能性大。
　　PWSCC裂紋形態的特點是：U形彎管處裂紋主要是軸向；管板近脹管過渡區裂紋主要呈軸向，偶爾在2條軸向裂紋間存在短的環向裂紋，未發現孤立的環向裂紋；脹管區主要是環向裂紋；凹陷部位如果發現內壁裂紋，則裂紋往往是軸向。
　　2.2管外壁應力腐蝕開裂（ODSCC）
　　ODSCC主要形式為IGSCC（沿晶SCC）和IGA（晶間腐蝕）。多發生在管子和管板、支撐板的縫隙。但在管子自由段也發現了ODSCC。影響IGSCC的因素與PWSCC相同，其裂紋與最大主應力垂直。IGA是晶界材料的腐蝕，IGA的發生不需要很大的拉伸應力，但是較大的應力會促進IGA的發生及擴展。美國電力研究院（EPRI）認為，IGA是發生IGSCC的先兆，不斷的IGA造成局部區域減薄，應力變大，個別IGA于是發展為IGSCC，因此熱交換管外壁往往發現IGSCC/IGA伴生現象[3]。
　　ODSCC取決于雜質在蒸汽發生器二次側的濃縮程度。蒸汽發生器二次側的雜質水平分布不均，相關因素有縫隙的幾何特征，二回路冷凝器系統冷卻水的類型（淡水、微咸水或海水），二回路材料（例如進入蒸汽發生器二次側的水中是否含銅），冷凝器泄漏歷史，水處理狀況以及蒸汽發生器二次側水化學。發生ODSCC的管子自由段上往往有明顯的腐蝕結垢物。
　　ODSCC裂紋形態的特征是：主要是軸向裂紋；在管板近脹管過渡區和凹陷區也發現少量裂紋，呈環向；軸向裂紋可以是單個，也可是多個，中間可能夾雜著少量IGA補丁區域；在IGA影響區域可能存在淺網狀裂紋。
　　ODSCC裂紋形態多樣，渦流探傷的難易程度也不同。例如使用差分探頭時，管板處的ODSCC最難探測到。但當ODSCC裂紋足夠大（尚未達到臨界尺寸）時，渦流探傷可以探測到，因此可以對管子采取修補措施。軸向ODSCC裂紋可用差分探頭檢測，而環向裂紋則需要使用點式探頭檢測。自由段的IGSCC和IGA極難探測到，普通的探頭根本感覺不到任何信號，必須采用一種“絕對式”探頭才能探測到，目前已發生了自由段ODSCC引起的管子破裂案例。

　　3 熱交換管的檢查要求和方法[2]
　　3.1檢查要求
　　美國早期對熱交換管檢查的原則要求體現在核管會文件RG1.83（1975年）[4]。RG1.83要求檢查儀器能查出深度為壁厚20%的缺陷，對某些形式的缺陷來說，目前最先進的儀器也達不到這一要求[2]。
　　20世紀80年代后美國核管理委員會（NRC）對熱交換管檢查的原則要求有所變化。主要檢查采用分級制度（C1、C2和C3級），每級要求的抽查數量、使用的儀器類型不同。
　　3.2檢查方法
　　3.2.1渦流檢查
　　渦流檢查是應用最廣泛的檢查手段，它能有效檢查出管子減薄（即是指管壁材料均勻的丟失），而且其檢查速度快。
　　目前渦流檢查使用的探頭主要是差分探頭（BC探頭）和多頻旋轉扁平感應圈探頭（MRPC探頭）。
　　渦流檢查的缺點是對缺陷的長度和深度不能準確定量，渦流檢查對于PWSCC、IGA和ODSCC各有特點。
　　（1）在PWSCC老化條件下的渦流檢查：在脹管過渡區的裂紋信號常常被淹沒在由管子幾何變化引起的噪聲信號中；裂紋深度達到壁厚50%以上才能被探測到；U形區域的裂紋達到一定的數量，或裂紋達到一定長度時才能被探測到；可以探測裂紋深度，但很難準確探測出裂紋長度，因此無法定量裂紋的幾何形式，渦流檢查測量的環向裂紋長度往往比實際長度（拔管檢查）小；無法分辨具有復雜形態的裂紋，例如：一條長的軸向裂紋伴隨有一條短的環向裂紋，渦流檢查時，軸向裂紋的信號會淹沒環向裂紋的信號，造成漏檢；軸向裂紋的擴展速率可通過在役檢查判定，但環向裂紋目前無法判定。
　　（2）在IGA老化條件下的渦流檢查：渦流檢查對付IGA非常困難，美國Trojan核電廠的渦流檢查經驗可以證實，目前不清楚渦流（使用BC和MRPC探頭）能檢查到的IGA裂紋長度到底是多大。IGA部位的電導率和磁導率變化緩慢，BC探頭根本探測不到任何信號，MRPC探頭可以感應一些信號，但卻無法分析。陣列式探頭比上述2種探頭要好些，勉強可做些分析。因此如果探測到任何IGA信號（或懷疑是IGA信號），EPRI建議都要復探[4]。
　　（3）在ODSCC老化條件下的渦流檢查（這里的ODSCC實際就是指IGSCC）：ODSCC很難探測，原因是信噪比小；差分探頭會漏檢支撐板處的軸向ODSCC裂紋，例如有些裂紋深度已達到壁厚的62%，但使用差分探頭卻沒有檢測到；渦流檢查測量的環向裂紋長度往往比實際長度（拔管檢查）小，例如拔管檢查發現環向裂紋張角達270°，但渦流檢查的判斷只有90°；無法分辨具有復雜形態的裂紋，這一點和PWSCC檢查類似；對ODSCC裂紋，目前最好的渦流探傷技術達到的水平是：能夠檢查出位于凹陷區、深度為壁厚50%、張角為50°的裂紋（或穿透性、張角為23°的裂紋），其張角測量誤差為37°～45°。
　　3.2.2破壞性檢查
　　通常通過拔管來進行破壞性檢查，目的是為了核實渦流和超聲波檢查的準確性，檢查管子的老化機理，檢查二次側的水化學狀態及其對老化的影響以及檢查管子的爆破壓力，用于結構完整性評估。破壞性檢查拔管對象是那些渦流或超聲波檢查有信號顯示的管子。

　　4 總結
　　（1）在特定的裂紋形態、部位、探頭和人因條件下渦流檢查會發生漏檢，例如裂紋閉合時會漏檢；有些部位沉積物多，噪聲信號淹沒裂紋信號，造成漏檢；差分探頭和多頻旋轉探頭對軸向和環向敏感度不同，只使用一種探頭檢查就會發生漏檢；有些檢查員只注意儀器上信號的大小，忽略了信號的時長，造成長裂紋誤判為短裂紋等。
　　（2）有時會出現虛假信號。
　　（3）IGA裂紋極難探測。
　　（4）渦流檢查不能只使用一種探頭，對可疑部位應至少使用差分、多頻旋轉和陣列3種探頭進行分析。
　　（5）渦流檢查方便、高效，但不是決定性檢查方法，其可靠性最終要通過模擬試驗或拔管金屬學檢查驗證。
　　（6）通過大量模擬試驗或拔管金屬學檢查，才能摸清熱交換管缺陷形態、尺寸和分布的規律，由此建立缺陷數據庫（如美國核電運行研究所的數據庫）以及合適的分析模型（如加拿大的CANTIA），由此準確評估渦流等檢查方法的在役檢查結果，保證狀態監測和運行評估的可靠性。