核電站碳鋼管系濕保養(yǎng)方法分析

張群偉

摘 要：碳鋼管系在核電站設計和建造過程中大量采用，由于從電站建造初期到各管系調(diào)試運行間隔周期較長，空氣中各類離子及水分會對空置碳鋼管系造成腐蝕，對后續(xù)電站運行造成影響，濕保養(yǎng)相對而言成本較低，施工操作方便，效果穩(wěn)定，因此研究碳鋼管系濕保養(yǎng)方法將成為核電站運行前必須的步驟。

關鍵詞：碳鋼 濕保養(yǎng) 堿性 容積

中圖分類號：TU392.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（c）-0067-02

在核電站建造和定期檢修期間，為保證系統(tǒng)部件和管道的完整性，需要制定系統(tǒng)的保養(yǎng)原則，主要涉及核島碳鋼系統(tǒng)，例如二回路的輔助給水系統(tǒng)，設備冷卻水系統(tǒng)等。同時對連續(xù)或定期進行流體循環(huán)或混合的系統(tǒng)或者部件（無滯留區(qū)）要進行保養(yǎng)，通常分為干保養(yǎng)和濕保養(yǎng)兩種方式。干保養(yǎng)主要是通過向系統(tǒng)中沖入干燥空氣或者惰性氣體完成，其對于氣體含氧量、濕度等要求較高，其操作和控制難度相對較大。而濕保養(yǎng)主要是向管系中充入一定PH值的堿性溶液進行保養(yǎng)，操作維護方便，成本低廉，將成為核電站碳鋼管系保養(yǎng)的有效措施。

1 濕保養(yǎng)設計需求

堿性溶液所需臨時用水應以不影響機組的正常、安全運行為前提條件。核島安裝階段碳鋼系統(tǒng)的濕保養(yǎng)用水僅為臨時用水，不能利用核島現(xiàn)有的除鹽水分配系統(tǒng)和常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)中現(xiàn)有的設備和固定管道，而應設計一套相對獨立的臨時裝置。

采用加氨＼聯(lián)氨或磷酸三鈉的方式將除鹽水的PH值從9調(diào)節(jié)到規(guī)范要求的10.5（壓水堆核電站核島機械設備設計與建造法則規(guī)范中F6000規(guī)定，碳鋼系統(tǒng)在水壓試驗后應進行濕保養(yǎng)，濕保養(yǎng)用水水質(zhì)要求PH為10.5）。

（1）.“工作流體通常經(jīng)磷酸三鈉處理的系統(tǒng)”的碳鋼管的濕保養(yǎng)用水由除鹽水加磷酸三鈉配制而成，加藥量為32mg/L。

（2）.其余碳鋼管道的濕保養(yǎng)用水由除鹽水加聯(lián)氨和氨配制而成。加藥量為聯(lián)氨200 mg/L，氨0.0748 mg/L。

2 濕保養(yǎng)裝置總體方案

裝置主要分為進水系統(tǒng)、混合水箱以及充水系統(tǒng)三部分組成。

（1）.進水系統(tǒng)：主要提供濕保養(yǎng)裝置所需除鹽水，就近選擇供水口，同時根據(jù)供水口壓力，必要時設計給水泵，確保濕保養(yǎng)裝置供水穩(wěn)定性。

（2）.混合水箱：為濕保養(yǎng)裝置的核心設計，承擔藥液儲存、攪拌以及廢液收集、排放的功能，其參數(shù)選擇直接影響整個系統(tǒng)的使用情況。

（3）.充水系統(tǒng)：將混合水箱中符合水質(zhì)要求的藥液按照水壓回路充入碳鋼系統(tǒng)中，進行濕保養(yǎng)。

3 濕保養(yǎng)裝置難點設計分析

碳鋼濕保養(yǎng)裝置設計難點為混合水箱設計。主要為安放位置、結構設計、材料選型、容積設計以及各類設備參數(shù)選擇。

3.1 安放位置

水箱的安放位置需要進行現(xiàn)場確認，安放空間的大小，直接影響水箱設計容積。核島內(nèi)部位置有限，且處于施工狀態(tài)，同時所使用藥品（氨或聯(lián)氨）屬于易揮發(fā)性，在密閉或通風性能差的環(huán)境，容易產(chǎn)生事故；打壓回路較多，各回路系統(tǒng)入口又分散不均，水箱設備眾多，不易移動，因此需要選擇系統(tǒng)入口較多且空間開闊、通風性能好的區(qū)域。

3.2 結構設計

根據(jù)碳鋼系統(tǒng)濕保養(yǎng)總體方案原理圖，混合水箱需要設計水箱本體、循環(huán)泵以及循環(huán)管線（含閥門）等。同時根據(jù)實際情況，為保證藥液PH值達到標準，且水質(zhì)均勻，增加設計攪拌裝置（螺旋槳）。

3.3 水箱材料

濕保養(yǎng)裝置所裝介質(zhì)為pH=10.5的堿性容易，使用常用的不銹鋼鋼板加工會產(chǎn)生腐蝕，因此使用壓力容器用鋼P265GH，對應國標為20R或者20g，根據(jù)當?shù)厥袌霾少徢闆r，采用20g鋼板，最小厚度為6 mm。該裝置使用周期長，為了有效避免碳鋼鋼板腐蝕，水箱外部進行刷漆處理，內(nèi)部進行噴砂防銹，非使用期間進行堿性溶液自保養(yǎng)狀態(tài)。

3.4 水箱容積

水箱容積確定將影響到整個系統(tǒng)的設計模式：一次充滿回路和多次充滿回路（通過在碳鋼系統(tǒng)回路設置閥門進行多次充滿控制）。按照前者考慮，核島碳鋼系統(tǒng)所涉及回路80余個，其中最大系統(tǒng)容積為約84m3，最小回路容積不到1m3，如果水箱以最大容積為有效容積（不包括溢流管口位置以上容積）進行設計，確保一次充滿回路，則所需空間面積巨大，且進行最小回路沖水時，由于所需藥液量過少，會造成循環(huán)泵無法啟動以及藥液浪費，因此該方案不可行。

通過對所有需要進行濕保養(yǎng)的碳鋼回路容積進行計算分析（大量回路容積在30 m3左右，所以假設以30 m3為分界點統(tǒng)計），小于30 m3的回路約65個，占總系統(tǒng)回路總數(shù)約80%；大于30 m3的回路約占15個，占回路總數(shù)約20%，如果設計水箱有效容積為30立方米左右，則對于較大回路進行分3至4次充液，確保一個正常工作日內(nèi)完成（考慮藥品具有揮發(fā)性，時間較長將影響藥液濃度和pH值）。對于較小系統(tǒng)可以采取多個系統(tǒng)同時充藥液保養(yǎng)，同時設置一個分水器相對而言也比較合理。故選擇多次充滿回路的方式進行設計，水箱初步外形尺寸選擇3m×3m×3.5m（長×寬×高），有效容積為29m3，根據(jù)該尺寸可以按照矩形水箱設計標準進行溢流管、進水口以及循環(huán)進水口位置設計。

3.5 主設備參數(shù)選擇

考慮系統(tǒng)介質(zhì)為堿性溶液以及使用周期，所以泵類型必須選擇耐酸堿離心泵。其主要涉及參數(shù)為揚程、流量以及出口法蘭尺寸。水泵工作環(huán)境為常溫常壓狀態(tài)下。從0m標高到核島碳鋼系統(tǒng)最高點約+25m為計算條件，同時水箱的有效容積為29m3，同時滿足碳鋼回路最大容積充滿藥液需要大約四次，保證一個工作日內(nèi)保養(yǎng)完畢，以及考慮經(jīng)濟成本，確定泵流量為50m3/h。由于將泵的進口管線和水箱最底部設計標高一致，因此水泵進水口的吸水揚程不予以考慮（一般泵吸水揚程都可以滿足該裝置），本設計主要考慮泵出口處揚程，水泵總揚程選擇50m。結合流量與揚程，考慮泵出口所接管線應方便現(xiàn)場操作原則，可選擇DN80泵出口尺寸。

4 裝置使用說明

通過所提供的合格除鹽水，注入混合水箱，使用量具稱出藥品，通過水箱頂部人孔投藥，關閉和開啟相應閥門，通過循環(huán)泵進行藥液循環(huán)攪拌，同時開動攪拌器進行攪拌，混合攪拌適當時間后，使用pH值測試儀進行測量，為保證所測試藥液pH值是否均勻，可以設定人孔，以及排污口為測量點進行測量。藥液合格后，關閉循環(huán)閥門，將藥液充入系統(tǒng)回路中，如果藥液不合格，則該過程重復操作。對于碳鋼系統(tǒng)中充滿的藥液根據(jù)規(guī)定定期測量PH值，如果不合格，可以使用該裝置進行重新注入。

5 結論

隨著我國經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展，核電應用會越來越廣泛，作為核電站碳鋼系統(tǒng)保養(yǎng)的有效措施之一，濕保養(yǎng)裝置憑借其造價低、操作方便等特點，將對后續(xù)核電站設計和建造起到重要作用。

參考文獻

[1] 電站常用閥門手冊.中國電力出版社 2000年.

[2] 機械設計手冊.機械工業(yè)出版社，2000.

[3] 管道設計手冊.化學工業(yè)出版社，2007.

[4] 壓水堆核電站核島機械設備設計與建造法則，2000.