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。

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