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        核電站碳鋼管系濕保養(yǎng)方法分析

        2015-06-03 22:16:12張群偉

        張群偉

        摘 要:碳鋼管系在核電站設(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行前必須的步驟。

        關(guān)鍵詞:碳鋼 濕保養(yǎng) 堿性 容積

        中圖分類號:TU392.4 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)備冷卻水系統(tǒng)等。同時(shí)對連續(xù)或定期進(jìn)行流體循環(huán)或混合的系統(tǒng)或者部件(無滯留區(qū))要進(jìn)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(jìn)行保養(yǎng),操作維護(hù)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(shè)計(jì)需求

        堿性溶液所需臨時(shí)用水應(yīng)以不影響機(jī)組的正常、安全運(yùn)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(shí)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(shè)備和固定管道,而應(yīng)設(shè)計(jì)一套相對獨(dú)立的臨時(shí)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(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與建造法則規(guī)范中F6000規(guī)定,碳鋼系統(tǒng)在水壓試驗(yàn)后應(yīng)進(jìn)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(jìn)水系統(tǒng)、混合水箱以及充水系統(tǒng)三部分組成。

        (1).進(jìn)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(shí)根據(jù)供水口壓力,必要時(shí)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì),承擔(dān)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(gè)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(jìn)行濕保養(yǎng)。

        3 濕保養(yǎng)裝置難點(diǎn)設(shè)計(jì)分析

        碳鋼濕保養(yǎng)裝置設(shè)計(jì)難點(diǎn)為混合水箱設(shè)計(jì)。主要為安放位置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選型、容積設(shè)計(jì)以及各類設(shè)備參數(shù)選擇。

        3.1 安放位置

        水箱的安放位置需要進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn),安放空間的大小,直接影響水箱設(shè)計(jì)容積。核島內(nèi)部位置有限,且處于施工狀態(tài),同時(shí)所使用藥品(氨或聯(lián)氨)屬于易揮發(fā)性,在密閉或通風(fēng)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(shè)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(fēng)性能好的區(qū)域。

        3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        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(shè)計(jì)水箱本體、循環(huán)泵以及循環(huán)管線(含閥門)等。同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況,為保證藥液PH值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),且水質(zhì)均勻,增加設(shè)計(jì)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P(yáng)265GH,對應(yīng)國標(biāo)為20R或者20g,根據(jù)當(dāng)?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(jìn)行刷漆處理,內(nèi)部進(jìn)行噴砂防銹,非使用期間進(jìn)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(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shè)置閥門進(jìn)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(gè),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(jìn)行設(shè)計(jì),確保一次充滿回路,則所需空間面積巨大,且進(jìn)行最小回路沖水時(shí),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(fèi),因此該方案不可行。

        通過對所有需要進(jìn)行濕保養(yǎng)的碳鋼回路容積進(jìn)行計(jì)算分析(大量回路容積在30 m3左右,所以假設(shè)以30 m3為分界點(diǎn)統(tǒng)計(jì)),小于30 m3的回路約65個(gè),占總系統(tǒng)回路總數(shù)約80%;大于30 m3的回路約占15個(gè),占回路總數(shù)約20%,如果設(shè)計(jì)水箱有效容積為30立方米左右,則對于較大回路進(jìn)行分3至4次充液,確保一個(gè)正常工作日內(nèi)完成(考慮藥品具有揮發(fā)性,時(shí)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(gè)系統(tǒng)同時(shí)充藥液保養(yǎng),同時(shí)設(shè)置一個(gè)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(jìn)行設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行溢流管、進(jìn)水口以及循環(huán)進(jìn)水口位置設(shè)計(jì)。

        3.5 主設(shè)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(yáng)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(biāo)高到核島碳鋼系統(tǒng)最高點(diǎn)約+25m為計(jì)算條件,同時(shí)水箱的有效容積為29m3,同時(shí)滿足碳鋼回路最大容積充滿藥液需要大約四次,保證一個(gè)工作日內(nèi)保養(yǎng)完畢,以及考慮經(jīng)濟(jì)成本,確定泵流量為50m3/h。由于將泵的進(jìn)口管線和水箱最底部設(shè)計(jì)標(biāo)高一致,因此水泵進(jìn)水口的吸水揚(yáng)程不予以考慮(一般泵吸水揚(yáng)程都可以滿足該裝置),本設(shè)計(jì)主要考慮泵出口處揚(yáng)程,水泵總揚(yáng)程選擇50m。結(jié)合流量與揚(yáng)程,考慮泵出口所接管線應(yīng)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(guān)閉和開啟相應(yīng)閥門,通過循環(huán)泵進(jìn)行藥液循環(huán)攪拌,同時(shí)開動攪拌器進(jìn)行攪拌,混合攪拌適當(dāng)時(shí)間后,使用pH值測試儀進(jìn)行測量,為保證所測試藥液pH值是否均勻,可以設(shè)定人孔,以及排污口為測量點(diǎn)進(jìn)行測量。藥液合格后,關(guān)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(fù)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(jìn)行重新注入。

        5 結(jié)論

        隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展,核電應(yīng)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(jià)低、操作方便等特點(diǎn),將對后續(xù)核電站設(shè)計(jì)和建造起到重要作用。

        參考文獻(xiàn)

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        [4] 壓水堆核電站核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與建造法則,2000.

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