淺談核電站埋地管道管理

唐耀波

三門核電有限公司 浙江三門 317112

核電廠地下管道承擔(dān)著液體、氣體等介質(zhì)的輸運(yùn)功能，一般采用埋地或管廊布置。多數(shù)埋地管道長(zhǎng)期服役于潮濕土壤環(huán)境中，不可避免出現(xiàn)降質(zhì)[1]。

根據(jù)INPO（美國(guó)核電運(yùn)營(yíng)學(xué)會(huì)）公開數(shù)據(jù)：2009—2014年6年間，美國(guó)核電站每年發(fā)生約100次泄漏。6年間共發(fā)生了43次嚴(yán)重泄漏。其中，消防系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)和廢液處理系統(tǒng)出現(xiàn)管道降質(zhì)需要額外關(guān)注。國(guó)內(nèi)核電廠埋地管道失效案例也較多，消防水、重要廠用水系統(tǒng)、原水系統(tǒng)等埋地管道也出現(xiàn)過滲漏。

圖1 美國(guó)核電站2009-2014年埋地管道缺陷匯總

1 埋地管道降質(zhì)機(jī)理

埋地管道存在管體減薄（均勻腐蝕、電偶腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕、微生物腐蝕、沖刷腐蝕等）、管道開裂（應(yīng)力腐蝕開裂、氫脆、腐蝕疲勞）等多種降質(zhì)形式。對(duì)于美國(guó)埋地管道降質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步分析，機(jī)械方面（包括機(jī)械密封、連接等）因素導(dǎo)致降質(zhì)占61%，其次是腐蝕、老化相關(guān)、設(shè)計(jì)、運(yùn)行和涂層降質(zhì)等因素。

根據(jù)美國(guó)核電站埋地管道失效統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：發(fā)生降質(zhì)的埋地管道中，運(yùn)行到失效管道占72%，其余約20%管道是安全相關(guān)管道或者含有環(huán)境有害流體（包括放射性液體），需要引起格外重視。

2 埋地管道管理實(shí)踐

由于長(zhǎng)期埋設(shè)于地下，缺乏有效的監(jiān)、檢測(cè)手段進(jìn)行監(jiān)督，直接制約著埋地管道管理。核電廠的埋地管道面臨強(qiáng)磁干擾環(huán)境、管道并行或交叉、硬質(zhì)路面、地下金屬構(gòu)筑物密集等特殊情況下，如何開展核電廠埋地管道的檢測(cè)，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，具有一定的難度和應(yīng)用價(jià)值。

2.1 國(guó)內(nèi)外核電站埋地管道管理規(guī)范要求

1996-2006年間，美國(guó)核電站多次發(fā)生放射性流體滲入土壤或者地下水，因此2007年美國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)（NEI）發(fā)布了NEI07-07（地下水保護(hù)倡導(dǎo)），要求核電站開發(fā)相應(yīng)的程序并開展檢查來加強(qiáng)放射性流體管理，確保地下水安全。2008年，EPRI（美國(guó)電力研究院）成立了埋地管道完整性小組（BPIG）。小組活動(dòng)包括對(duì)陰極保護(hù)、預(yù)應(yīng)力混凝土管道、涂層、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)、導(dǎo)波檢測(cè)、冷纏帶修復(fù)等典型主題進(jìn)行研討并發(fā)起相關(guān)研究。

2008-2009年間美國(guó)Davis-Besse、Dresden、Oyster Creek核電廠相繼又發(fā)生含氚濃縮液埋地管道泄漏，雖然三次地下水中氚濃度沒有超過限值要求，但還是引起業(yè)界以及公眾的關(guān)注。2009年，NEI發(fā)布了NEI09-14（埋地管道和箱體管理導(dǎo)則），對(duì)埋地管道管理提出了一系列具體要求：

所有美國(guó)核電站編制埋地管道和箱體專項(xiàng)大綱，并按照EPRI要求開展相應(yīng)工作；美國(guó)所有核電站發(fā)生的埋地管道泄漏均向INPO匯報(bào)，埋地管道檢查結(jié)果向EPRI匯報(bào)；

EPRI組織進(jìn)行埋管檢查技術(shù)開發(fā)；

在核電站評(píng)估和延壽時(shí)重點(diǎn)審查埋地管道管理。

在美國(guó)，核電站開展埋地管道管理已經(jīng)成為強(qiáng)制性的要求。EPRI相應(yīng)已經(jīng)發(fā)布了一系列埋地管道檢查、評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則，用以指導(dǎo)埋地管道管理。

而目前國(guó)內(nèi)核電行業(yè)規(guī)范中，暫未見到針對(duì)核電廠埋地管道管理相關(guān)規(guī)范，僅石化行業(yè)編制了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范其埋地管道檢查。

2.2 國(guó)內(nèi)外核電廠埋地管道管理

2009年起，美國(guó)核電站開始全面進(jìn)行埋地管道管理。根據(jù)NEI09-14要求，參照EPRI 文件開展埋地管道管理，包括：大綱編制、埋地管道篩選、檢查計(jì)劃制定、埋管檢查等。

埋地管道篩選：需考慮管道材質(zhì)的影響，如不銹鋼、碳鋼、HDPE、鋼筋混凝土；考慮埋地管道5年之內(nèi)是否進(jìn)行水壓試驗(yàn)；埋地管道外腐蝕、內(nèi)腐蝕失效機(jī)理；考慮回填料類型、尺寸等對(duì)埋地管道敏感性影響。廣泛采用EPRI開發(fā)的BPWORKS軟件，對(duì)于電站埋地管道進(jìn)行分級(jí)，篩選出需重點(diǎn)關(guān)注的管道。

檢查計(jì)劃制定：利用BPWORKS軟件，制定電站的埋地管道檢查計(jì)劃。

埋管檢查：檢查方法包括直接開挖目視檢查、水壓試驗(yàn)、導(dǎo)波檢查、管道內(nèi)壁視頻檢查、管道內(nèi)壁測(cè)厚等。

目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行核電站埋地管道的監(jiān)檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)價(jià)研究相對(duì)較少。近幾年開始有了一些嘗試，如埋地管道土壤腐蝕性調(diào)研、埋地管道腐蝕評(píng)價(jià)臺(tái)架建立等。

2.3 國(guó)外埋地管道檢查技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀

目前埋地管道常常在埋地管道發(fā)生泄漏后才發(fā)現(xiàn)降質(zhì)，對(duì)核電廠的正常運(yùn)行有一定影響。近10年來，埋地管道檢查技術(shù)開發(fā)一直是EPRI NDE小組工作的重點(diǎn)。以2014年為例，EPRI共資助導(dǎo)波直接檢驗(yàn)?zāi)芰υu(píng)價(jià)、采用導(dǎo)波檢查技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、導(dǎo)波探頭新技術(shù)開發(fā)、透過涂層對(duì)埋地管道檢查技術(shù)評(píng)價(jià)等10項(xiàng)檢查技術(shù)。目前EPRI已經(jīng)形成了一系列免開挖或者局部開挖的埋地管道內(nèi)、外部檢查技術(shù)，各類技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證后可行。

3 國(guó)內(nèi)埋地管道檢查技術(shù)開發(fā)建議

目前埋地管道檢查技術(shù)中，最常用的兩種為導(dǎo)波檢查和管道機(jī)器人檢查。導(dǎo)波是EPRI重點(diǎn)推薦的埋地管道檢查技術(shù)。該技術(shù)利用超聲導(dǎo)波在管道介質(zhì)中傳播速度快、能量衰減小、頻散較穩(wěn)定的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道的大范圍、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，對(duì)管道內(nèi)、外壁較大缺陷均可檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管道缺陷全面、完整的覆蓋[2]。當(dāng)遇到管道內(nèi)外壁腐蝕或缺陷引起的金屬缺失時(shí)，由于管道橫截面積（厚度）發(fā)生了改變，在缺損處就會(huì)有反射波返回，通過儀器分析由同一探頭陣列檢出的反射信號(hào)就可以探測(cè)到管道的內(nèi)外部缺陷位置、大小和腐蝕情況。該技術(shù)在美國(guó)核電站已經(jīng)有非常好的應(yīng)用效果。而且前期國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)也開展了超聲導(dǎo)波對(duì)長(zhǎng)輸埋地鋼質(zhì)管道檢測(cè)技術(shù)的研究，已經(jīng)有相應(yīng)的基礎(chǔ)。管道機(jī)器人按照檢測(cè)技術(shù)可分為視頻檢查機(jī)器人和超聲波檢測(cè)機(jī)器人。按照管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)方式，可以分為爬行機(jī)器人和水流推動(dòng)機(jī)器人。管道機(jī)器人可檢測(cè)的缺陷包括管壁異常、焊縫異常、機(jī)械損傷、內(nèi)徑異常、壁厚改變等[3]。

4 結(jié)論和建議

對(duì)國(guó)內(nèi)外埋地管道降質(zhì)案例、埋地管道相關(guān)法規(guī)規(guī)范、核電站埋地管道管理現(xiàn)狀、埋地管道專項(xiàng)技術(shù)開發(fā)相關(guān)信息進(jìn)行了收集和整理。可以看出，在美國(guó)開展埋地管道管理已經(jīng)是強(qiáng)制性要求，并已投入大量資金進(jìn)行了埋地管道檢查技術(shù)開發(fā)。國(guó)內(nèi)核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)關(guān)注到核電站埋地管道管理，要求跟蹤EPRI埋地管道檢查技術(shù)開發(fā)，適時(shí)開展埋地管道檢查。

對(duì)中國(guó)核電站埋地管道管理，提出如下建議：（1）針對(duì)埋地管道開展全面的管理，包括：埋地管道資料收集，埋地管道篩選和檢查計(jì)劃制定等；（2）核電站埋地管道檢測(cè)單位與石化行業(yè)多進(jìn)行技術(shù)交流，促進(jìn)埋地管道檢查技術(shù)共同發(fā)展。