核電廠管道的流體加速腐蝕及其老化管理

杜浩楠

（南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001）

在核電廠管道運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，碳鋼和就低合金鋼材料的正常保護(hù)膜會(huì)在流體的腐蝕影響下對(duì)管道內(nèi)原有的氧化膜產(chǎn)生影響，流體直接接觸后會(huì)使得管道的氧化膜變薄，對(duì)管道的材料產(chǎn)生較強(qiáng)的影響性。核電廠管道材料在流體的影響下加速腐蝕，管道內(nèi)氧化膜的溶解以及腐蝕的速率不斷增加，給核電廠的運(yùn)行產(chǎn)生較強(qiáng)的影響，給核電廠的安全運(yùn)行產(chǎn)生較強(qiáng)的影響。本文分析了如何基于對(duì)管道內(nèi)流體加速腐蝕因素的影響對(duì)管道的使用壽命進(jìn)行有效延長(zhǎng)，提出保障電廠安全運(yùn)行的管道老化管理的措施。

1 影響核電廠管道流體加速腐蝕的因素

在現(xiàn)代能源中，核電是最安全、經(jīng)濟(jì)以及清潔的能源，發(fā)展核電有助于創(chuàng)建體壇生活，助力當(dāng)代社會(huì)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。在發(fā)展核電能源的時(shí)候最重要的是安全，為了確保核電機(jī)組的安全建造和有效運(yùn)行，減少核電設(shè)備的腐蝕和失效，要確保核電管道的安全運(yùn)行，在管理核電廠的時(shí)候建立二回路系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)的確認(rèn)，減少管道內(nèi)流體對(duì)于管道材質(zhì)的腐蝕，避免核電廠管道發(fā)生腐蝕問(wèn)題，給核電廠的整體安全運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響。

核電廠內(nèi)管道流動(dòng)加速腐蝕在管道內(nèi)部是一個(gè)局部腐蝕的過(guò)程，是物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程相互作用影響的機(jī)制，流動(dòng)腐蝕的過(guò)程包括金屬氧化、金屬陽(yáng)離子遷移、可溶性含鐵組分解的電化學(xué)過(guò)程等，核電廠管道中的中介物質(zhì)流動(dòng)加速了h 腐蝕的過(guò)程，給黑電廠的管道材質(zhì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，一旦核電廠的管道發(fā)生腐蝕，碳鋼或低合金鋼表面的保護(hù)氧化膜因?yàn)槿芙獾男?yīng)而減弱，使得保護(hù)的效應(yīng)大大降低，長(zhǎng)此以往會(huì)造成核電廠管道的管壁減薄，嚴(yán)重的時(shí)候也會(huì)因?yàn)楣艿劳蝗黄屏讯l(fā)生災(zāi)難性的重大事故。

影響核電廠管道流動(dòng)腐蝕過(guò)程的因素有許多，包括管道內(nèi)流體的流速、管壁粗糙度、管路幾何形狀和流體含汽率等，這些因素的變化會(huì)影響核電廠管道的腐蝕速度。影響管道流動(dòng)腐蝕速度的因素有：

（1）管道內(nèi)流體的速度因素。當(dāng)核電廠管道內(nèi)流體介質(zhì)速度降低時(shí)，管道內(nèi)流體的速度增加和可溶性含鐵的擴(kuò)散邊界加大使得管道內(nèi)的腐蝕物質(zhì)被帶走使得管道的含鐵成分降低，管道內(nèi)的流速增大，管道內(nèi)的氧化膜速率偏離于正常水平，管道內(nèi)的腐蝕過(guò)程會(huì)加大，流體速度也在不斷擴(kuò)大，管道內(nèi)的流體腐蝕過(guò)程加快，對(duì)管道壁面的剪切應(yīng)力增大，最終影響管道材質(zhì)的穩(wěn)定性。

（2）管道內(nèi)壁粗糙度因素。核電廠管道內(nèi)壁的粗糙度對(duì)附近流體的速度產(chǎn)生一定的影響，最終流體的粗糙度產(chǎn)生的摩擦因子對(duì)流體的腐蝕速度進(jìn)行了提升，給核電廠管道的運(yùn)轉(zhuǎn)和使用產(chǎn)生了一定的影響。

（3）管道幾何形狀因素。核電廠內(nèi)管道的幾何形狀不同對(duì)管道內(nèi)流體的流速分布產(chǎn)生了一定的影響，當(dāng)管道內(nèi)因?yàn)楦g等因素發(fā)生幾何形狀變化的問(wèn)題時(shí)，管路內(nèi)局部速率發(fā)生變化，部分幾何形狀的變化增加流體的速度以及湍流的程度，這樣的過(guò)程中，管道內(nèi)流體速度會(huì)加速腐蝕的過(guò)程。

（4）管道內(nèi)流體含汽率因素。核電廠管道內(nèi)流體介質(zhì)的含汽率比較低的時(shí)候，管道內(nèi)的整體蒸汽會(huì)發(fā)生流動(dòng)混亂度的情況，這樣混亂的蒸汽會(huì)減小管道內(nèi)的傳質(zhì)阻力，管道內(nèi)的腐蝕效應(yīng)會(huì)逐漸增加，當(dāng)管道內(nèi)的流體含汽率達(dá)到一個(gè)較高的水平時(shí)，管道內(nèi)的腐蝕速度會(huì)不斷加快，給核電廠管道的安全運(yùn)行產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。

2 抑制核電廠管道流體加速腐蝕和老化管理的措施

核電廠在建立的過(guò)程中要重點(diǎn)對(duì)管線進(jìn)行設(shè)計(jì)以及布置優(yōu)化，在對(duì)管線進(jìn)行改造的時(shí)候，核電廠的管道可以使用無(wú)碳鋼材料，對(duì)無(wú)碳鋼的材料進(jìn)行使用標(biāo)準(zhǔn)的提升。在對(duì)管道布線進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要綜合考慮原有設(shè)備布局中存在的不足，降低系統(tǒng)老化等原有問(wèn)題對(duì)于核電廠安全運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題造成影響。

在優(yōu)化核電廠核心系統(tǒng)的時(shí)候，要對(duì)原有的CI 系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題進(jìn)行檢驗(yàn)和核查，通過(guò)綜合分析以及探究核電廠CI系統(tǒng)的老化原因，在系統(tǒng)篩選的過(guò)程中完善理論依據(jù)，借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)以及經(jīng)驗(yàn)，對(duì)核電廠流體管理的CI 系統(tǒng)進(jìn)行選擇以及確認(rèn)。對(duì)于CI 系統(tǒng)的篩選、檢驗(yàn)以及確認(rèn)，要對(duì)汽水分離再熱系統(tǒng)進(jìn)行選擇，優(yōu)化使用除氧器、高壓加熱器、低壓加熱器、蒸汽轉(zhuǎn)換器、給水加熱器疏水回收、汽動(dòng)主給水泵、主給水泵疏水回收等系統(tǒng)進(jìn)行控制以及確認(rèn)，在核心系統(tǒng)確認(rèn)之后優(yōu)化各類配置硬件的選擇，確保CI 系統(tǒng)可以優(yōu)化和電廠的流體速度管理，提升對(duì)核電廠老化的管理效率，確保核電廠的整體運(yùn)轉(zhuǎn)安全性。

對(duì)于核電廠管道系統(tǒng)的管線篩選與使用，在確認(rèn)了CI核心系統(tǒng)之后要慎重地選擇適配的管線，因?yàn)楣芫€是整個(gè)管道系統(tǒng)內(nèi)最為重要的組成部分。只有嚴(yán)格地選擇和確認(rèn)管線的使用才可以確保核電廠內(nèi)所有的管道可以在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候發(fā)揮最大的功效。在制定管線篩選方案的時(shí)候，要依據(jù)管道的安裝以及管線的布置位置進(jìn)行選擇，第一項(xiàng)要求是要符合管線的篩選標(biāo)準(zhǔn)，所有的管道直徑都要大于50mm，管道的流速在1.5m/s 以上，所有管線材料都要是最基本的鋼材料或者是合金鋼。第二項(xiàng)要求是發(fā)揮同一個(gè)功效的管線要使用同樣的材質(zhì)，控制管道內(nèi)的流速在1.5m/s 以，管道的直徑在50mm 以下。第三項(xiàng)要求是管線必須是系統(tǒng)管線，所使用的材料符合不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)于管線進(jìn)行安裝后管理之后，要按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行相關(guān)性以及可行性的分析，對(duì)管線的分布以及管理進(jìn)行校驗(yàn)，按照既定的周期對(duì)管線的功能以及運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否情況進(jìn)行檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，基于此才可以確保核電廠內(nèi)所有的管線都發(fā)揮預(yù)定的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

在對(duì)于核電廠流體加速老化預(yù)防以及管理的過(guò)程中。要對(duì)管道的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)以及管理，確保整個(gè)系統(tǒng)的使用性能都是最優(yōu)的。在進(jìn)行老化管理的過(guò)程中，根據(jù)核電廠不同設(shè)備對(duì)于管線的不同使用設(shè)備要求進(jìn)行分析，調(diào)整管線的狀態(tài)以及管理內(nèi)部流體的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，例如管線的西能是否符合內(nèi)部流體的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，確保核電廠管道的性能處于最佳的狀態(tài)。同時(shí)，在進(jìn)行管線設(shè)計(jì)以及布置的時(shí)候添加合金鋼進(jìn)行幾何形狀的加固等等，降低管道系統(tǒng)發(fā)生腐蝕的可能性。在管線設(shè)計(jì)的時(shí)候還可以根據(jù)實(shí)際管道運(yùn)轉(zhuǎn)的情況改進(jìn)管道的結(jié)構(gòu)和尺寸，降低湍流現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而優(yōu)化管道整體的老化管理，降低老化問(wèn)題對(duì)核電廠設(shè)備功能產(chǎn)生的影響，使得核電廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)揮最大功效。

當(dāng)管道系統(tǒng)處于運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中時(shí)，對(duì)于管線的老化改進(jìn)和管理可以綜合實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行，改善系統(tǒng)的二回路水化學(xué)現(xiàn)象，調(diào)節(jié)管道內(nèi)流體的PH 水平，降低流體的速率，減少管道腐蝕的速度。在對(duì)管道檢測(cè)的時(shí)候，檢測(cè)人員要重點(diǎn)檢測(cè)管道的壁厚，優(yōu)化流體的流轉(zhuǎn)速率，定期檢驗(yàn)管道是否發(fā)生滲漏的情況，進(jìn)而讓整個(gè)管道使用效率得到提升。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)核電廠管道所處的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，分析調(diào)查檢驗(yàn)到的數(shù)據(jù)的合理性，及時(shí)預(yù)判管道腐蝕和老化中可能存在的問(wèn)題，事前做好控制和管理，為管道設(shè)計(jì)以及布置的優(yōu)化積累經(jīng)驗(yàn)，提升整合核電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

為了確保核電廠的整體運(yùn)轉(zhuǎn)效率和運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，要對(duì)影響核電廠安全性的流體因素進(jìn)行分析，分析流體對(duì)于管道腐蝕以及老化的影響，從管道內(nèi)流體加速腐蝕的程度出發(fā)提出優(yōu)化管理的措施，最大程度地保障核電廠管道的運(yùn)轉(zhuǎn)安全，提升核電廠管道的安全性，為整個(gè)核電廠功效的發(fā)揮奠定良好的基礎(chǔ)。