□劉績(jī)偉

一、液態(tài)納熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置退役拆除背景

液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置建于20世紀(jì)90年代，主要用于燃料組件流道堵塞實(shí)驗(yàn)，再生區(qū)組件交混實(shí)驗(yàn)和其他有關(guān)堆芯傳熱等實(shí)驗(yàn)研究工作(見(jiàn)圖1)。它由主回路、進(jìn)排鈉支路、凈化支路、流量調(diào)節(jié)支路、流量計(jì)校驗(yàn)支路、覆蓋氣體供給系統(tǒng)、油—水冷卻回路、空氣冷卻系統(tǒng)等組成，包括貯鈉罐、冷阱、過(guò)濾器、混合器、電磁泵、蒸汽阱、起泡器、電磁流量計(jì)和回?zé)崞鞯仍O(shè)備，裝置中總的鈉量約為300公斤。由于其實(shí)驗(yàn)任務(wù)已經(jīng)完成，回路已經(jīng)停運(yùn)多年，決定退役并拆除回路。

圖1 液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置

二、液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置的退役拆除

鈉回路的退役特殊性在于回路的主要介質(zhì)鈉，由于鈉的化學(xué)性質(zhì)極為活潑，在空氣中極易氧化和燃燒，與水會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，在退役中必須將鈉轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)。因此在考量退役方案時(shí)，為了保證安全以及簡(jiǎn)化鈉回路退役的后續(xù)工作，必須將鈉盡可能多地從回路內(nèi)排出；同時(shí)采用一種安全有效的方法，除去拆卸下來(lái)的管道、設(shè)備等上的殘留鈉。

(一)鈉的導(dǎo)出與回收。液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置停運(yùn)時(shí)，將回路中絕大部分鈉排入到貯鈉罐中，這些鈉保存狀態(tài)比較好，雜質(zhì)含量少。綜合考慮后，采用將貯鈉罐中的鈉導(dǎo)出，并排入到現(xiàn)役的中規(guī)模鈉除鈣凈化裝置的鈉接收罐中，將這部分鈉回收再利用，節(jié)約了資源的同時(shí)也保證了安全。貯鈉罐中鈉排出裝置的流程圖如圖2所示。

將貯鈉罐從液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置上移除并做好在惰性氣氛下的密封，將其運(yùn)輸并接入至中規(guī)模鈉除鈣凈化裝置，對(duì)貯鈉罐抽真空并置換為氬氣氣氛，加熱貯鈉罐至160℃，鈉接收罐至120℃，將貯鈉罐中加壓至0.2MPa，使鈉流入到鈉接收罐中，最終導(dǎo)出的鈉約有250kg。

圖2 貯鈉罐鈉導(dǎo)出流程圖

(二)液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置的拆除。裝置的主要拆除過(guò)程包括一是拆除鈉管道和設(shè)備的保溫層和不銹鋼薄鐵皮；二是拆除非鈉部分管道和設(shè)備；三是利用鈉管道切割器對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行切割和拆卸；四是對(duì)于鈉量少的設(shè)備，如：電磁泵和電磁流量計(jì)等和儀表及管道，優(yōu)先考慮重復(fù)利用，若不能重復(fù)使用，則用切割器將它們切割成小部件，利用水蒸汽-氮?dú)馇逑椿芈非逑?；五是?duì)于鈉量多的設(shè)備采取熔鈉排鈉和水清洗相結(jié)合的方法除鈉。

熔化排鈉方法是將設(shè)備放置于具有惰性氣氛的容器中，加熱使鈉排出；也可將粘鈉設(shè)備浸沒(méi)于石蠟油槽中，加熱石蠟油使鈉熔化后排至石蠟油槽底部?；瘜W(xué)除鈉方法主要采用水蒸汽——氮?dú)馇逑捶椒ǔゲ糠终斥c設(shè)備和管道中的鈉。

液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置共切割了不銹鋼管道約120米，其中粘鈉管道約65米，拆除的主要設(shè)備包括鈉閥、貯鈉罐、過(guò)濾器、混合器、電磁泵、蒸汽阱、起泡器、電磁流量計(jì)和回?zé)崞鞯?。拆除的管道、設(shè)備等都經(jīng)過(guò)密封處理后存放，等待后續(xù)除鈉處理。

三、粘鈉設(shè)備及管道的清洗

水蒸汽——氮?dú)馇逑捶椒ㄒ呀?jīng)被證明是一種安全、有效的清洗除鈉方法，應(yīng)用于粘鈉設(shè)備的清洗。所以液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置拆除的管道、小型的粘鈉設(shè)備均采用了水蒸汽——氮?dú)馇逑捶椒ㄇ逑闯c[1～3]。

水蒸汽氮?dú)馇逑垂に嚨闹饕硎窃诘獨(dú)鈿夥障陆饘兮c與水蒸汽反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，以達(dá)到除鈉的目的。其反應(yīng)式為：

液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置上拆除的粘鈉設(shè)備和管道，會(huì)放入水蒸汽——氮?dú)馇逑椿芈返那逑蹿逯羞M(jìn)行清洗。清洗過(guò)程始終在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行，首先進(jìn)行水蒸汽清洗，然后水清洗，最終經(jīng)過(guò)漂洗后，所有鈉都轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉后，清洗結(jié)束。清洗過(guò)程中，通過(guò)反應(yīng)釋放的氫氣的濃度來(lái)控制反應(yīng)的速率，氫氣的濃度要求不能超過(guò)1%。反應(yīng)產(chǎn)物氫氧化鈉溶液通過(guò)加入硝酸全部轉(zhuǎn)化成硝酸鈉溶液后排放。

圖3為待清洗前一臺(tái)被拆開(kāi)的閥門(mén)，圖4為清洗完后一臺(tái)被拆開(kāi)的閥門(mén)，對(duì)比觀察，閥芯表面附著的鈉已經(jīng)被完全清洗，清洗效果良好。圖5和6為清洗前后的電磁泵。

圖3 待清洗的閥門(mén) 圖4 清洗后的閥門(mén)

圖5 待清洗的電磁泵 圖6 清洗后的電磁泵

最終退役裝置的大部分粘鈉設(shè)備和全部的粘鈉管道都采用了水蒸汽——氮?dú)馇逑捶ㄇ逑?。剩余少部分粘鈉量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備如冷阱，考慮到對(duì)其進(jìn)行機(jī)械切割并清洗存在的危險(xiǎn)性，需要制定更周全、更穩(wěn)妥的處理方案，所以先考慮將其暫存于安全場(chǎng)所待后續(xù)處理。

四、結(jié)語(yǔ)

液態(tài)鈉熱工水力實(shí)驗(yàn)裝置的退役拆除和清洗工作已基本順利完成，本回路充裝鈉量達(dá)到300kg以上，回路中大部分鈉的回收利用以及拆除的粘鈉設(shè)備清洗安全有效的完成，都為未來(lái)鈉回路的退役提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)未來(lái)鈉回路設(shè)備的維修更換、粘鈉設(shè)備清洗，也為快堆粘鈉設(shè)備清洗技術(shù)研究提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。