從布置設(shè)計(jì)角度優(yōu)化核電管道防腐設(shè)計(jì)

房繼軍+徐國飛+褚松良

【摘 要】管道的腐蝕除與管道管件的材質(zhì)、流體性質(zhì)、流體狀態(tài)和管道所處的環(huán)境因素有關(guān)之外，管道布置設(shè)計(jì)也會(huì)對(duì)管道的腐蝕產(chǎn)生影響，在管道布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免不利于管道防腐的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而減緩管道的腐蝕速度。本文主要從管道的支架布置、管道的走向布置、管件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，結(jié)合核電工程案例分析布置設(shè)計(jì)如何減緩管道的防腐和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】管道；布置；腐蝕

0 引言

管道的腐蝕現(xiàn)象普遍存在，如何從布置設(shè)計(jì)角度減緩和避免腐蝕，對(duì)于核電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行有著重要意義。因此各國核電站布置設(shè)計(jì)人員都十分重視防腐工作。

1 概述

管道的腐蝕除與管道管件的材質(zhì)、流體性質(zhì)與流體狀態(tài)和管道所處的環(huán)境有關(guān)外，管道布置也會(huì)對(duì)管道的腐蝕產(chǎn)生影響，在管道布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免其對(duì)管道防腐的消極影響。圖1表示了布置與管道的腐蝕的關(guān)系，布置包括管道管件的布置設(shè)計(jì)和管架、管道銜接部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

影響管道腐蝕的因素很多，如材料、結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、溫度、pH值、壓力，涉及物理和化學(xué)等多學(xué)科。對(duì)于材料質(zhì)地，如20+Gr碳鋼材料的使用，碳鋼表面的氧化膜含有Cr可形成-Fe3XCrO4尖晶石氧化膜，它比Fe3O4的溶解度要低很多，可以減少流動(dòng)加速腐蝕的作用。溫度包括環(huán)境溫度和介質(zhì)溫度，溫度將提高腐蝕的速度。布置設(shè)計(jì)主要通過改善管道的上述影響因素，從而完善防腐設(shè)計(jì)。

2 布置設(shè)計(jì)減緩管道的腐蝕

核電站中管道布置包括：管道支架的布置、管道焊縫的位置設(shè)計(jì)、管道走向設(shè)計(jì)、管道裝置部件的布置和管道連接部件的布置。核電站的管道布置密集，因此防腐設(shè)計(jì)的任務(wù)更加重要。同時(shí)，腐蝕是不可避免的，因此布置工種還應(yīng)該考慮合理的布置有利于管道的在役檢查。下面結(jié)合實(shí)例，說明減緩腐蝕的布置設(shè)計(jì)措施。

2.1 管道支架的布置

管道支架的間距不宜過大，否則會(huì)促進(jìn)腐蝕。管道投入運(yùn)行后，在管內(nèi)介質(zhì)和管道自身重量的作用下，管道產(chǎn)生下沉，使直線管段形成彎曲管段（見圖2），產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，使管道接口處承受應(yīng)力，引起應(yīng)力腐蝕，造成管道磨損、變形、移位，形成滲漏。另外由于管道下沉彎曲，在彎曲的部分易沉淀贓物，堵塞管道，加速管道的磨損腐蝕。在停運(yùn)時(shí)期，下沉彎曲部分形成滯留死水區(qū)也會(huì)產(chǎn)生促進(jìn)腐蝕。

2.2 管道的走向設(shè)計(jì)

管道的布置宜做到逐級(jí)增高，或逐級(jí)降低，避免“氣袋”和“液袋”布置，如果確實(shí)需要π型補(bǔ)償器（見圖3），應(yīng)根據(jù)操作和檢修的要求設(shè)置防空（排氣）、放凈（排水）。管道布置宜少拐彎，靠重力自流的給排水管道要保證坡度。這樣布置能夠有效地減少管道因流體沖刷產(chǎn)生的磨損腐蝕和未放凈的溶液滯留產(chǎn)生的點(diǎn)蝕。

上述管道的走向設(shè)計(jì)是為了避免積存液體和氣體聚集，其關(guān)鍵點(diǎn)就在于防止電化學(xué)腐蝕，例如吸氧腐蝕和析氫腐蝕。化學(xué)方程如下：

2.3 管道焊縫的位置設(shè)計(jì)

為了滿足在役檢查的需要，焊縫不宜密集，焊縫的位置應(yīng)便于焊接及檢查。避免將焊縫布置在管道或支架的應(yīng)力集中處。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減緩管道的腐蝕

3.1 管道的連接形式設(shè)計(jì)

海水系統(tǒng)管道易出現(xiàn)電偶腐蝕現(xiàn)象，如母管與溫度測量儀表管、流量測量儀表管連接處存在嚴(yán)重的局部壁厚減薄現(xiàn)象。電偶腐蝕的機(jī)理是兩種不同電位金屬構(gòu)成的宏觀原電池的腐蝕，對(duì)于此種情況，海水管的母管與儀表管，必須使用不同金屬管道進(jìn)行組合時(shí)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用絕緣措施。如圖4和圖5所示通過法蘭連接和絕緣墊片的應(yīng)用，焊接改為法蘭連接并保證電偶對(duì)的隔離從而有效的防止電偶腐蝕。

3.2 支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

管道支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮到支架與管道的溫差，支架根據(jù)情況也需保溫保冷，或者添加絕熱層，避免熱的管道與冷支架，發(fā)生冷凝液腐蝕和熱電腐蝕。支架的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮易于清掃除塵，防腐上漆的可操作，對(duì)于一些有耐腐蝕覆層的不允許焊接管道，不宜使用焊接型支架，宜采用管卡型支架。此外，閥門支架也應(yīng)考慮材料質(zhì)地，避免電位腐蝕，如果要使用異種金屬，閥門的輔助支架卡箍要加墊圈避免直接接觸。

3.3 管道的保溫保冷設(shè)計(jì)

防止冷凝液腐蝕的發(fā)生不僅與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)還包括隔熱設(shè)計(jì)，合理的隔熱設(shè)計(jì)能夠避免、限制或延遲管道內(nèi)介質(zhì)的凝結(jié)，減少傳輸過程中的介質(zhì)的“溫升”或“溫降”，避免熱量和冷量的損失，有利于管道的防腐。

4 其它防腐措施之一：在役檢查

腐蝕是不可能完全避免的，只能減緩其速度。通過對(duì)有可能發(fā)生腐蝕的管道布置設(shè)計(jì)進(jìn)行分析總結(jié)。那些不能避免并易發(fā)生腐蝕的重要管道，將進(jìn)行在役檢查。在役檢查有效防止因腐蝕造成的管道破裂等事故。布置設(shè)計(jì)通過改良避免那些不合理的設(shè)計(jì)，有助于更好的防腐。

5 結(jié)論

雖然管道的腐蝕是不可避免的，但是通過合理的管道布置、優(yōu)選的管道和支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有效的保溫和保冷、嚴(yán)格的制造、運(yùn)輸、安裝管理、認(rèn)真負(fù)責(zé)的在役檢查，可減緩管道的腐蝕。使得核電站的管道系統(tǒng)更安全穩(wěn)定的正常運(yùn)行。從而有效保障核電廠的安全和避免事故的發(fā)生。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宋岢岢，主編.壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007，7.

[2]范瑞波.核電站循環(huán)水二次濾網(wǎng)腐蝕問題探究[J].東北電力技術(shù)，2007，9：31-33.

[3]張毅雄，等.多級(jí)節(jié)流孔板在核級(jí)管道中的應(yīng)用[J].核動(dòng)力工程，2009，4：71-74.

[4]李平瑾，徐道榮，主編.鍋爐壓力容器焊接技術(shù)及焊工問答[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，1：109.

[5]黃琨.嶺澳核電站二期給水管道流動(dòng)加速腐蝕的控制與改進(jìn)[J].科技信息，2009（27）.

[6]王景文.熱力管道的腐蝕與防護(hù)[J].中州大學(xué)學(xué)報(bào)（第23卷第1期），2006，1.

[7]王蕓，逯國英.運(yùn)行中管道下沉（移動(dòng)）的計(jì)算方法[Z].油氣田地面工程（第29卷第4期），2010，4.

[8]中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)，主編.許維鈞，馬春來，沙仁禮，等，編.核工業(yè)中的腐蝕與防護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993，11.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]