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(國核電站運行服務技術(shù)有限公司，上海 200233)

隨著核電廠運行時間的延長，埋地管道的劣化將會成為核電業(yè)主們不得不面對的一個重要問題。環(huán)境因素和運行工況是造成埋地管道結(jié)構(gòu)完整性被破壞及其預設功能下降的主要原因[1-2]，因此，核電廠需要針對劣化嚴重的相關(guān)部件進行維修或替換。國外運行經(jīng)驗表明，當核電廠運行時間超過10 a時，埋地管道的失效情況將會越來越多(如Palo Verde核電廠、Salem核電廠以及Watts Bar核電廠等均發(fā)生過埋地管道泄漏失效事件，并導致放射性物質(zhì)進入土壤[3]；國內(nèi)某核電廠安全廠用水攪混管線發(fā)生噴水現(xiàn)象、常規(guī)島某埋地玻璃鋼管道發(fā)生泄漏)，這對核電機組的正常運行以及安全生產(chǎn)將會產(chǎn)生顯著影響。因此對埋地管道系統(tǒng)進行安全、可靠性管理具有非常重要的意義。本工作介紹了核電廠埋地管道的基本情況，并從工程實踐方向闡明核電廠埋地管道的管理方法。

1 核電廠埋地管道系統(tǒng)

核電廠埋地管道系統(tǒng)包括安全相關(guān)以及非安全相關(guān)的系統(tǒng)，常見的系統(tǒng)包括：安全廠用水系統(tǒng)、非安全廠用水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、輔助冷卻水系統(tǒng)、廢液排放系統(tǒng)、氣體系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。核電廠埋地管道涉及到的材料主要包括碳鋼、鑄鐵、不銹鋼、鋼筋混凝土、玻璃鋼等。常見的管道保護方式有涂層、內(nèi)襯、陰極保護以及各種保護方式組合使用。

2 腐蝕機理及其失效形式

對于金屬管道，依據(jù)腐蝕機理以及其失效形式將腐蝕分為以下三類：壁厚減薄型、開裂以及冶金效應導致的材料性能發(fā)生變化。由于埋地管道所處環(huán)境的特殊性(內(nèi)表面流體、外表面土壤)，因此將會產(chǎn)生內(nèi)外兩種劣化形式。

3 核電廠埋地管道管理方法實踐

核電廠埋地管道管理應從全壽期管理角度出發(fā)，實現(xiàn)管道的全面管理。通過工程實踐將埋地管道管理分為以下四個階段：基礎階段、檢測階段、修復階段以及緩解階段。

3.1 基礎階段

基礎階段的工作主要內(nèi)容包括確立埋地管道系統(tǒng)管理對象、收集與整理埋地管道基礎信息、建立埋地管道系統(tǒng)三維可視化系統(tǒng)(如圖1所示)、管道部件風險分級等。

圖1 三維可視化系統(tǒng)Fig. 1 Three-dimensional visualization system of buried piping

收集與整理的管道基礎信息包括但不限于管道的設計施工圖、運行參數(shù)包括溫度、壓力以及介質(zhì)、廠內(nèi)外失效經(jīng)驗反饋與總結(jié)等，通過數(shù)據(jù)整理明確管道的材質(zhì)、埋深以及走向等信息；同時明確管道功能、運行工況以及失效后果。將收集到的信息編制成基礎信息表，作為管道進一步分級的依據(jù)。繪制管道軸測圖建立埋地管道三維可視化系統(tǒng)。

依據(jù)管道失效的可能性并結(jié)合管道失效后果的嚴重性，對管道管段及其部件進行風險分級。管道系統(tǒng)發(fā)生泄漏或其承載介質(zhì)能力降低，認定管道失效。依據(jù)失效機理將失效可能性分為以下三類：高、中、低。依據(jù)環(huán)境、安全和健康目標對失效后果嚴重性進行評估，將嚴重性分為高、中、低、無四類。失效可能性與失效后果嚴重性結(jié)合成以下七類風險類別，詳見圖2。

基礎階段的內(nèi)容詳見圖3。

圖2 風險分級矩陣Fig. 2 The matrix of risk ranking

圖3 基礎階段Fig. 3 The initial stage

3.2 檢測階段

埋地管道檢測工作是其管理的重點與難點。這是因為埋地管道的可達性很差，常規(guī)檢測手段無法滿足檢測要求，給檢測工作帶來極大的挑戰(zhàn)。埋地管道檢測方法包括直接檢測與間接檢測兩種。

直接檢測即局部開挖或管道開口時實施的檢測，包括目視檢查、超聲導波檢測以及儀表小車檢測設備等[4]。

目視檢查主要是指管道內(nèi)部間接目視檢查，采用視頻檢測方法可以及時發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)存在的沉積、腐蝕嚴重的區(qū)域和局部泄漏點等問題。視頻檢測可用來檢測干管與濕管系統(tǒng)。對于濕管系統(tǒng)，當液體比較渾濁時，將會降低視頻檢測質(zhì)量。目視檢測工具包括光纖內(nèi)窺鏡、管道鏡、視頻檢測爬行器等。

(超聲)導波檢測可以反映有缺陷的管道橫截面的面積損失率，用于粗檢。導波檢測的距離取決于管道涂層的類型以及土壤緊實度等因素。導波檢測優(yōu)點在于可以精確反映管道橫截面面積損失率，但同時也存在諸多限制，如檢測信號無法反應缺陷尺寸，信號無法透過彎頭、三通、閥以及其他管道部件，傳感器附近的缺陷難以被發(fā)現(xiàn)。

儀表小車檢測設備包括超聲測厚裝置、漏磁測量裝置等。

間接測量為非接觸式(非開挖)檢測方法，此類方法主要在地面實施，用來檢查管道涂層的質(zhì)量以及雜散電流等，依據(jù)涂層質(zhì)量來判定埋地管道外表面腐蝕情況。常見的檢測方法為電磁電勢梯度法，常見的檢測設備有PCM、探地雷達、SCM雜散電流檢測設備等。檢測方法見圖4。

圖4 檢測方法Fig. 4 Inspection methods

工程實踐中采用工業(yè)視頻檢測爬行器對某電廠埋地玻璃鋼管線進行檢查，成功找到了泄漏點并清除了管道內(nèi)小塊異物。渾濁的液體對視頻清晰度影響較大，探頭移動過程中需要緩進緩出。實踐表明使用PCM+檢測金屬管道埋深、走向以及防腐蝕層質(zhì)量時，應避開復雜管網(wǎng)區(qū)域，雜散電流對設備檢測結(jié)果影響較大。目前MsS磁致伸縮超聲導波可實現(xiàn)30 m直管檢測，精度可達3%。

3.3 修復階段

修復檢測階段發(fā)現(xiàn)的問題，常用的修復方法包括焊接修復與非焊接修復兩種。任何一種修復計劃都需要考慮以下幾方面因素：修復對管道流量的影響；修復材料與運行環(huán)境以及假定事故環(huán)境的兼容性；修復材料的機械性能以及安裝要求符合標準規(guī)范；考慮下次檢測與替換的周期。

常用的焊接修復包括管段替換、角焊縫修補、外表面對焊、套管焊接修補等。常用的非焊接修復方法包括內(nèi)襯注入技術(shù)、夾具修復、螺紋修復、螺栓漏箱修復等。修復階段需完成失效部件原因分析并制定下次的檢測計劃。

實踐中針對腐蝕比較嚴重或破裂的管段采用管替換的方式進行修復，對于泄漏點的修復常采取角焊縫補焊或套管焊接的方式進行修復，新增的焊縫將成為失效的薄弱環(huán)節(jié)。焊后須對焊縫進行無損檢測，以確保修復行動的有效性。

3.4 緩解階段

針對失效原因?qū)嵤┫鄳木徑獯胧┛梢杂行а泳徛竦毓艿赖母g劣化，降低腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生概率，延長埋地管道的服役壽命。常用的緩解措施包括：水處理[5](添加微生物殺滅劑、沉積物控制劑、腐蝕抑制劑等)、管道內(nèi)表面定期清理、采用合適的涂層與內(nèi)襯以及陰極保護等。

工程實踐中緩解的重點在于管內(nèi)流體質(zhì)量的控制。采用BioGERGRE微生物膜監(jiān)測系統(tǒng)可以有效監(jiān)測海水管道系統(tǒng)微生物含量以及生長情況，從而優(yōu)化加藥時機以及藥量控制。

4 結(jié)論和建議

迄今，已在國內(nèi)某核電廠開展埋地管道相關(guān)工作，建立埋地管道管理大綱，編制了埋地管道基礎信息數(shù)據(jù)庫、實現(xiàn)了管段部件分級以及三位可視化管理系統(tǒng)的建立，并采用PCM+、內(nèi)窺鏡以及面測厚等對埋地管道進行檢測，但在維修與緩解階段工作涉及不多，這也是今后工作的重點。

采用老化管理大綱模式對核電廠埋地管道進行管理，整體思路與國外電廠管理經(jīng)驗類似。不同的是在基礎階段應用三維可視化管理系統(tǒng)實現(xiàn)埋地管道的可視化以及數(shù)據(jù)庫管理，為數(shù)字化電廠的建立提供基礎。

對埋地管道管理工作提出以下幾點建議：

(1) 針對核電廠埋地管道要實現(xiàn)全面管理，需要建立完善的管道基礎信息數(shù)據(jù)庫、編制檢測計劃，并對檢測發(fā)現(xiàn)的問題進行分析與處理，實施合適的修復措施并制定相應的緩解維護措施；

(2) 核電業(yè)主建立埋地管道合作交流平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時共享，加強廠內(nèi)外管理經(jīng)驗交流，同時加大對埋地管道的關(guān)注度；

(3)檢測行業(yè)積極研究與開發(fā)有效的埋地管道的檢測方法，提高檢測的有效性。

[1] 王智平，李霞，劉展，等. 埋地管道受到腐蝕的可靠性分析與計算[J]. 機械強度，2005，27(3)：1-4.

[2] LOS A，MUNSON D. An assessment of industry needs for control of degradation in buried pipe[J]. EPRI，2008，1016276(3)：2-9.

[3] ANTAKI G. Recommendations for an effective program to control the degradation of buried and underground piping and tanks[J]. EPRI，2010，1021175(12)：9-13.

[4] PALO A. Buried pipe condition assessment with instrumented vehicles[J]. EPRI，2003，1007947(9)：19-23.

[5] PALO A. Water treatment strategies: microorganism control[J]. EPRI，2004，1009598(12)：43-45.