Detekce vody v meziprostorech nátrubků primárního okruhu je typu vver 1000 ultrazvukem

• Foto

1. ÚVOD

V odborné literatuře nebo v různých prezentacích lze nalézt celou řadu příkladů využití ultrazvuku pro detekci kapalin v uzavřených prostorech; zdánlivě se tedy jedná o jednoduchou úlohu. Metodika detekce vody v meziprostorech nátrubků ultrazvukem je názorným příkladem toho, že teprve při řešení konkrétních případů se zpravidla vyskytnou komplikace, které vše činí výrazně složitějším.

2.TROCHA TEORIE ZE ZÁKLADŮ ULTRAZVUKU

Šíření ultrazvukových vln ovlivňuje každé rozhraní, na němž vždy dochází k odrazu a při šikmém dopadu i k lomu vln. Obě spolu hraničící prostředí 1 a 2 jsou charakterizována svými akustickými vlnovými odpory (Z_A), které jsou součinem jejich hustoty (ρ) a rychlosti šíření ultrazvuku (c). Při kolmém dopadu na rozhraní se část akustického tlaku (p) odrazí zpět do prostředí 1, zatímco část projde do prostředí 2 [1]; v tomto případě nemusíme uvažovat lom a případnou transformaci ultrazvukové vlny. Uvažujeme-li jako prostředí 1 ocel a jako prostředí 2 alternativně vzduch či vodu, potom můžeme pro tyto varianty stanovit součinitele odrazu (R_P) a součinitele průchodu (D_P), včetně decibelového poklesu akustického tlaku odražené vlny (ΔV_R) a procházející vlny (ΔV_D) podle [2]. Použité vztahy budou uvedeny při prezentaci příspěvku na konferenci. Výsledky jsou uvedeny v Tabulce 1. NDT využívá pasívní ultrazvuk, který je charakterizován akustickým tlakem. Pokud bychom počítali součinitele odrazu a průchodu při kolmém dopadu pomocí akustické intenzity, dostaneme pochopitelně jiné výsledky a pouze v tomto případě platí zákon zachování energie.

3. METODIKA DETEKCE VODY V MEZIPROSTORECH NÁTRUBKŮ

Příklad meziprostoru nátrubku primárního okruhu JE typu VVER 1000 je uveden na obrázku 1 – meziprostor je zvýrazněn barevně. Přítomnost nebo nepřítomnost vody v meziprostoru je analogickým případem k teorii, popsané v předcházející kapitole.

Změna akustického tlaku (amplitudy echa) odrazu od vnitřního povrchu nátrubku vodou zaplněného meziprostoru činí pouze cca 0,6 dB (viz Tabulka 1), což je méně než vliv akustické vazby při kontaktním způsobu zkoušení. Jedinou možností je využití průchodu části ultrazvuku do vody a následné odrazy od vnějšího povrchu vnitřní trubky.

Z celkového počtu nátrubků s meziprostory bylo vybráno pět s charakteristickými rozměry, podle nichž byly vyrobeny srovnávací měrky (etalony) – náčrt viz obrázek 2. Na těchto etalonech probíhala optimalizace použitých prostředků pro detekci vody, tj. ultrazvukového přístroje, sondy a propojovacího kabelu. Požadavky na celý řetězec prostředků NDT byly celkem jasné: spolehlivost, jednoduchost, malé rozměry a láce. Z tohoto důvodu byla zvolena kontaktní akustická vazba a miniaturní přímá sonda s průměrem měniče vhodným pro poměrně malé vnější průměry nátrubků. První část optimalizace spočívala především ve volbě vhodné zkušební frekvence a typu sondy – jednoduchá nebo dvojitá. Poměrně rychle bylo ve třech případech dosaženo výsledků obdobných jako na obrázcích 3 a 4, tj. výrazná změna v okolí 4. koncového echa. Nemilým překvapením byl fakt, že u zbývajících dvou etalonů se nic takového neprojevilo! Nebyla to chyba operátora UT nebo porucha zařízení, ale nastal velmi zajímavý jev. Kombinace tloušťky nátrubku, rozměru meziprostoru a rozdílné rychlosti šíření ultrazvuku ve vodě a v oceli způsobily, že došlo k superpozici (splynutí) ech právě v okolí 4. koncového echa. Názorně je to vidět na obrázcích 5 a 6.

Bylo nutné provést druhou část optimalizace zaměřenou na využití širokopásmových (vysokotlumených) sond a volbu nastavení pásmových filtrů. Výsledek se dostavil, ovšem v jiné části echogramu (časové základny). Změna není ve výskytu dalších ech, ale mění se šířka ech 6. ÷ 8. koncového echa nebo v druhém případě až v okolí 10. ÷ 12. koncového echa. První případ znázorňují obrázky 5 a 6. 

Metodika detekce vody v meziprostorech nátrubků [3] podrobně řeší uvažované alternativy, ale zjednodušeně platí následující: nejprve se věnuje pozornost výskytu „nových“ ech v okolí 4. koncového echa, potom se sleduje případná změna šířky ech v okolí dalších koncových ech až do minimálně 12. koncového echa.

4. ZÁVĚR

Metodika byla použita a ověřena při odstávkách v loňském roce v ETE. Zajímavé a poučné je zjištění, že nejlepších výsledků bylo dosaženo s ultrazvukovou sondou, která byla původně určena pro ultrazvukovou spektrální analýzu; ta se však díky rozvoji jiných ultrazvukových technik ocitla již před lety zcela na okraji zájmu.

Literatura
[1] Obraz J. (1989): Zkoušení materiálu ultrazvukem. Praha: SNTL.
[2] Regazzo R., RegazzováM. (2001): Základy ultrazvuku – odraz a průchod ultrazvuku rozhraním. Zeleneč: R&R NDT Zeleneč. (Školící materiály).
[3] Samek J., Vít J. (2015): Detekce vody v meziprostorech nátrubků primárního okruhu JE typu VVER 1000 ultrazvukem. Plzeň: Škoda JS a.s. (Ae 15916/Dok Rev. 0).

DETECTION OF WATER IN INTERSPACES OF VVER 1000 TYPE NPP PRIMARY CIRCUIT SOCKETS
Every loop of VVER 1000 type NPP primary circuit contains about 20 sockets. Interspaces of these sockets are tested for the presence of primary coolant during the outages. So called test (sealing) studs are used for this purpose. A methodology of the detection of water in the interspaces of sockets by ultrasonic was developed for the cases when the standard inspection procedure cannot be used. The methodology takes into account the hard accessibility of sockets and constrained space in the containment of VVER 1000 type NPP.

Autoři

• Vít Jan
• Samek Jakub
• Skála Zdeněk