核電站碳鋼管系濕保養方法分析

張群偉

摘 要：碳鋼管系在核電站設計和建造過程中大量采用，由于從電站建造初期到各管系調試運行間隔周期較長，空氣中各類離子及水分會對空置碳鋼管系造成腐蝕，對后續電站運行造成影響，濕保養相對而言成本較低，施工操作方便，效果穩定，因此研究碳鋼管系濕保養方法將成為核電站運行前必須的步驟。

關鍵詞：碳鋼 濕保養 堿性 容積

中圖分類號：TU392.4 文獻標識碼：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，為保證系統部件和管道的完整性，需要制定系統的保養原則，主要涉及核島碳鋼系統，例如二回路的輔助給水系統，設備冷卻水系統等。同時對連續或定期進行流體循環或混合的系統或者部件（無滯留區）要進行保養，通常分為干保養和濕保養兩種方式。干保養主要是通過向系統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。而濕保養主要是向管系中充入一定PH值的堿性溶液進行保養，操作維護方便，成本低廉，將成為核電站碳鋼管系保養的有效措施。

1 濕保養設計需求

堿性溶液所需臨時用水應以不影響機組的正常、安全運行為前提條件。核島安裝階段碳鋼系統的濕保養用水僅為臨時用水，不能利用核島現有的除鹽水分配系統和常規島除鹽水分配系統中現有的設備和固定管道，而應設計一套相對獨立的臨時裝置。

采用加氨＼聯氨或磷酸三鈉的方式將除鹽水的PH值從9調節到規范要求的10.5（壓水堆核電站核島機械設備設計與建造法則規范中F6000規定，碳鋼系統在水壓試驗后應進行濕保養，濕保養用水水質要求PH為10.5）。

（1）.“工作流體通常經磷酸三鈉處理的系統”的碳鋼管的濕保養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用水由除鹽水加聯氨和氨配制而成。加藥量為聯氨200 mg/L，氨0.0748 mg/L。

2 濕保養裝置總體方案

裝置主要分為進水系統、混合水箱以及充水系統三部分組成。

（1）.進水系統：主要提供濕保養裝置所需除鹽水，就近選擇供水口，同時根據供水口壓力，必要時設計給水泵，確保濕保養裝置供水穩定性。

（2）.混合水箱：為濕保養裝置的核心設計，承擔藥液儲存、攪拌以及廢液收集、排放的功能，其參數選擇直接影響整個系統的使用情況。

（3）.充水系統：將混合水箱中符合水質要求的藥液按照水壓回路充入碳鋼系統中，進行濕保養。

3 濕保養裝置難點設計分析

碳鋼濕保養裝置設計難點為混合水箱設計。主要為安放位置、結構設計、材料選型、容積設計以及各類設備參數選擇。

3.1 安放位置

水箱的安放位置需要進行現場確認，安放空間的大小，直接影響水箱設計容積。核島內部位置有限，且處于施工狀態，同時所使用藥品（氨或聯氨）屬于易揮發性，在密閉或通風性能差的環境，容易產生事故；打壓回路較多，各回路系統入口又分散不均，水箱設備眾多，不易移動，因此需要選擇系統入口較多且空間開闊、通風性能好的區域。

3.2 結構設計

根據碳鋼系統濕保養總體方案原理圖，混合水箱需要設計水箱本體、循環泵以及循環管線（含閥門）等。同時根據實際情況，為保證藥液PH值達到標準，且水質均勻，增加設計攪拌裝置（螺旋槳）。

3.3 水箱材料

濕保養裝置所裝介質為pH=10.5的堿性容易，使用常用的不銹鋼鋼板加工會產生腐蝕，因此使用壓力容器用鋼P265GH，對應國標為20R或者20g，根據當地市場采購情況，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，水箱外部進行刷漆處理，內部進行噴砂防銹，非使用期間進行堿性溶液自保養狀態。

3.4 水箱容積

水箱容積確定將影響到整個系統的設計模式：一次充滿回路和多次充滿回路（通過在碳鋼系統回路設置閥門進行多次充滿控制）。按照前者考慮，核島碳鋼系統所涉及回路80余個，其中最大系統容積為約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）進行設計，確保一次充滿回路，則所需空間面積巨大，且進行最小回路沖水時，由于所需藥液量過少，會造成循環泵無法啟動以及藥液浪費，因此該方案不可行。

通過對所有需要進行濕保養的碳鋼回路容積進行計算分析（大量回路容積在30 m3左右，所以假設以30 m3為分界點統計），小于30 m3的回路約65個，占總系統回路總數約80%；大于30 m3的回路約占15個，占回路總數約20%，如果設計水箱有效容積為30立方米左右，則對于較大回路進行分3至4次充液，確保一個正常工作日內完成（考慮藥品具有揮發性，時間較長將影響藥液濃度和pH值）。對于較小系統可以采取多個系統同時充藥液保養，同時設置一個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行設計，水箱初步外形尺寸選擇3m×3m×3.5m（長×寬×高），有效容積為29m3，根據該尺寸可以按照矩形水箱設計標準進行溢流管、進水口以及循環進水口位置設計。

3.5 主設備參數選擇

考慮系統介質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。其主要涉及參數為揚程、流量以及出口法蘭尺寸。水泵工作環境為常溫常壓狀態下。從0m標高到核島碳鋼系統最高點約+25m為計算條件，同時水箱的有效容積為29m3，同時滿足碳鋼回路最大容積充滿藥液需要大約四次，保證一個工作日內保養完畢，以及考慮經濟成本，確定泵流量為50m3/h。由于將泵的進口管線和水箱最底部設計標高一致，因此水泵進水口的吸水揚程不予以考慮（一般泵吸水揚程都可以滿足該裝置），本設計主要考慮泵出口處揚程，水泵總揚程選擇50m。結合流量與揚程，考慮泵出口所接管線應方便現場操作原則，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，關閉和開啟相應閥門，通過循環泵進行藥液循環攪拌，同時開動攪拌器進行攪拌，混合攪拌適當時間后，使用pH值測試儀進行測量，為保證所測試藥液pH值是否均勻，可以設定人孔，以及排污口為測量點進行測量。藥液合格后，關閉循環閥門，將藥液充入系統回路中，如果藥液不合格，則該過程重復操作。對于碳鋼系統中充滿的藥液根據規定定期測量PH值，如果不合格，可以使用該裝置進行重新注入。

5 結論

隨著我國經濟建設的蓬勃發展，核電應用會越來越廣泛，作為核電站碳鋼系統保養的有效措施之一，濕保養裝置憑借其造價低、操作方便等特點，將對后續核電站設計和建造起到重要作用。

參考文獻

[1] 電站常用閥門手冊.中國電力出版社 2000年.

[2] 機械設計手冊.機械工業出版社，2000.

[3] 管道設計手冊.化學工業出版社，2007.

[4] 壓水堆核電站核島機械設備設計與建造法則，2000.