核電站管道及設備保溫材料分析

許克鳳 王 凱 吳振峰

（中國核電工程有限公司，中國 北京 100840）

0 前言

為減少設備、管道及其附件向周圍散熱，在其外表面采取的包裹措施稱保溫；為減少環境中的熱量傳入低溫設備和管道內部，防止低溫設備和管道外壁表面凝露，在其外的包裹措施稱為保冷。

為了保證系統的正常和良好運作,核電站內管道和設備采取了保溫措施。本文將從以下幾個方面對已建和第三代核電站保溫材料進行比較分析。

1 保溫結構種類及其使用范圍

在國內已建核電站中，主要采用了4種不同的保溫結構：即永久性保溫，應用于不需作役前或定期在役檢查的管道和設備上，其外殼采用不銹鋼板或鋁板，內填充玻璃纖維保溫瓦，采用自攻螺釘將外殼固定在保溫瓦上；單壁可拆卸，應用于不需要作在役檢查、僅需定期檢修的設備和管件上，其外殼采用不銹鋼或鋁板，內填充帶金屬絲網的玻璃棉纖維，用與外殼相同的刺釘固定；單壁半可拆，該結構僅適用于冷保溫，因冷保溫中防水密封層拆卸后不能重復使用，只有外殼可再用，因此稱作“半可拆”保溫，對于核島廠房內保溫材料采用帶金屬絲網的玻璃棉纖維，外殼用不銹鋼，核島廠房外的外殼采用鋁板；雙壁可拆，用于需作在役檢查的設備和管道上，其內、外壁為不銹鋼板，內外壁之間填充玻璃棉纖維。

而第三代核電站僅采用了兩種保溫結構：即永久性保溫，用于不需作役前或定期在役檢查的管道和設備上，其外殼為不銹鋼板，里面填充相應的保溫材料；另一種為雙壁可拆卸，用于需作在役檢查的設備和管道上內、外為不銹鋼板，其內外壁之間沒有填充物。

兩類核電站保溫設計的共同點是對于有在役檢查要求的閥門、人孔等部件所采用的保溫，兩類電站均采用雙壁可拆卸結構，沒有在役檢查要求的管道則采用了永久保溫結構。

2 保溫外殼的應用

保溫外殼材質與管道和設備所處的位置有關，安全殼內管道和設備保溫外殼均采用的是不銹鋼板，而安全殼外的保溫外殼則為鋁板。保溫外殼的厚度取決于管道的公稱直徑，已建核電站中永久保溫結構，位于安全殼內的保溫，不論管徑，外殼采用0.6mm不銹鋼板，位于安全殼外的保溫外殼選用鋁板，若DN≤200mm，厚度為0.6mm，若DN＞200mm，厚度為0.8mm；對于可拆卸保溫結構，無論保溫位于安全殼內還是安全殼外，均采用外壁厚度為0.6mm，內壁厚度為0.4mm的不銹鋼板。而第三代核電站的永久保溫結構，安全殼內DN≤610mm，外殼采用0.25mm不銹鋼板，安全殼內DN＞610mm，外殼采用0.4mm不銹鋼板，安全殼外且DN≤610mm，外殼采用0.5mm鋁片，安全殼內DN＞610mm，采用0.5mm鋁片，對于可拆卸保溫結構，安全殼內的保溫外殼采用0.4mm不銹鋼板，安全殼外的保溫外殼采用0.8mm鋁片。

不同核電站，對保溫外殼有不同的設計要求，如已建核電站，其保溫外殼的技術要求包括：保溫外殼應滿足特殊運行環境下的防腐要求；反應堆廠房內的保溫外殼采用不銹鋼0Cr18Ni9，不銹鋼應滿足GB/T 3280-2007和GB/T 4237-2007的規定；反應堆廠房外的保溫外殼采用鋁板3105 H24，鋁板應滿足GB/T 3880-2006的規定。

而第三代核電站的保溫外殼的設計要求是保溫管道和設備上的奧氏體不銹鋼外殼的加工標準為ASTM A-167，材料為304或316型光面加工不銹鋼；保溫管道和設備上的鋁套標準為ASTM B-209，材料為3003、3105、5005合金；可拆卸式保溫盒的奧氏體不銹鋼應使用滿足ASTM A-240的302或304的不銹鋼；用于可拆卸式保溫盒應采用滿足ASTM B-209的3003鋁合金。

3 保溫材料及其使用范圍

3.1 玻璃棉纖維

已建電站中主要用于安全殼內、外管道上。

3.2 高溫玻璃棉

已建電站中主要用于安全殼內一回路的管道和設備上。

3.3 金屬反射型保溫材料

第三代核電站中主要用于安全殼內的管道、管道上設備組件、管道貫穿件、貫穿件封頭和某些特殊管道支架上。也應用在反應堆壓力容器、蒸汽發生器、穩壓器、反應堆冷卻劑泵、熱管段、冷管段以及穩壓器波動管。

3.4 核級玻璃棉纖維（纖維氈）

第三代核電站中主要用于安全殼內要求保溫或防潮的管道、設備和相關支架、室內有人員防護要求的設備上，以及廠房內外要求防凍保護的管道和設備上。不能用于反應堆壓力容器、蒸汽發生器、穩壓器、反應堆冷卻劑泵、熱管段、冷管段以及穩壓器波動管以及相關支架的保溫,也不能用于管道破裂影響區域。

3.5 硅酸鈣保溫材料

第三代核電站中主要用于安全殼外保溫系統，進行常規熱保溫和室內管道的人員防護。

3.6 珍珠巖保溫材料

第三代核電站中主要用于室外各種天氣狀況，溫度不超過1200℉（649℃）的管道和設備上，室外有人員防護要求的系統上以及包含腐蝕性流體的管道和設備上。

通過比較已建和第三代核電站所使用的保溫材料，結論如下：

安全殼內保溫材料

已建核電站主要采用的是玻璃棉纖維保溫材料；第三代核電站主要采用的是金屬反射型保溫材料和核級玻璃棉纖維。

安全殼外管道保溫材料

已建核電站主要采用的是玻璃棉纖維保溫材料；第三代核電站主要采用的硅酸鈣和珍珠巖棉保溫材料。

已建核電站和第三代核電站在保溫材料選用方面，最大的不同點是第三代核電站安全殼內管道采用了金屬反射型保溫材料，其主要優點如下：

耐輻照：反射型金屬保溫層內部采用不銹鋼反射薄片，能承受長期的核輻射而不產生粉塵，沒有污染物質擴散，可避免或減少反射性物質對操作人員和檢修人員的危害，大大降低了放射性管理費用；

耐腐蝕：安全殼內設備與管道的安全運行條件要求較高，設備和管道又都是不銹鋼，而金屬反射型保溫外殼采用不銹鋼材料制作，對酸堿溶液具有很強的耐蝕性，可長期保持初始的特性，可以重復使用，并且對設備和管道不會產生腐蝕；

易拆裝：保溫層由多個金屬反射式保溫盒組成，通常用卡扣等進行塊狀拼裝，便于拆裝進行在役檢查和設備維修；

易清洗：金屬反射型保溫的外殼經過加工，表面平整光滑，若表面被放射性物質污染，可以簡單用清水沖洗，從而避免了污染。

4 結論

綜上所述，第三代核電站與已建核電站的保溫結構、保溫類型、保溫外殼等方面均存在一定的差異：

（1）一回路管道和設備，已建核電站選用的為耐輻照玻璃棉，第三代核電站采用的是金屬反射型保溫材料；

（2）安全殼管道和設備（除一回路管道和設備外）：已建核電站采用的是玻璃棉纖維，第三代核電站采用的是金屬反射型保溫材料；

（3）安全殼外管道和設備：已建核電站采用玻璃棉纖維，第三代核電站采用硅酸鈣和珍珠巖棉；

（4）保溫類型：有在役檢查要求的管道和設備，第三代和已建核電站均采用雙壁可拆卸式保溫結構。

［1］GB 50264-1997工業設備及管道絕熱工程設計規范[S].

［2］GB 50126-2008工業設備及管道絕熱工程施工規范[S].

［3］顧?宙.核電站用金屬反射式保溫層的特點[J].北京電力高等?？茖W校學報，2011（12）.

［4］吳川林.金屬反射型保溫材料的性能和應用[J].電力建設，1991，11.