冰塞技術在核電廠的應用

朱友學（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

冰塞技術在核電廠的應用

朱友學
（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

冰塞是一種隔離維修手段，對于系統無法用常規手段隔離的情況，如核電廠某些特殊系統，使用冰塞是很有效的。目前國內某些核電廠已經運用，本文對冰塞技術做簡要介紹。

冰塞；核電；隔離

對于核電站系統設備出現故障需要隔離檢修，而有時通過系統運行手段無法隔離，或隔離需要造成大量放射性介質排放，或介質排放可能影響機組安全性。對于這種情況而發展出的冰塞技術，可以實現在系統介質不排空的前提下，對設備實施隔離。冰塞技術雖然在國外已在使用，但在國內也只有少數核電廠使用，如秦山、田灣、福清等。

2　冰塞方法介紹

原理：冰塞是通過低溫制冷系統將管道內的液態介質進行局部冷凍，使介質在管道內形成的一段冰狀封堵，將介質隔離開來并可以承受一定的壓差，用以實現在線隔離。

冰塞的冷凍分為四個階段，即冰塞的制作——形成后的判斷——冰塞的維持——冰塞的解凍。其中以冰塞的形成和冰塞的維持最為關鍵。冰塞的制冷劑常用液態二氧化碳和液氮，這兩種制冷劑無毒，對環境無污染，其中液態二氧化碳氣化溫度是-78℃，液氮溫度更是低于-196℃，對于大口徑的管道可以考慮使用液氮冰塞。

液態二氧化碳冷凍工具是由儲存液態二氧化碳的儲罐，輸送液態二氧化碳的高壓軟管和收集干冰的布袋所組成。通過多次對管道的冷凍，我們得到液態二氧化碳的基本冷凍方法：在管道溫度低于30℃以下，向布袋輸送一定量的液態二氧化碳，在充滿布袋1/3～2/3并將管道包裹后，停止供給液態二氧化碳，利用干冰的升華吸熱繼續冷凍管道，冷凍過程中，管壁溫度會逐漸回升，當回升至-10℃左右后，再次供給液態二氧化碳。循環此過程，至形成冰塞。

液氮冷凍通過兩段低壓輸送金屬軟管將液氮杜瓦瓶中的液氮輸送至液氮夾套中。利用液氮在夾套中的蒸發吸熱將管道內的介質冷凍。利用熱電阻測溫儀監測管壁溫度。液氮冷凍系統由低壓輸送金屬軟管、液氮杜瓦瓶儲罐、自制液氮冰塞夾套、熱電阻測溫儀組成。通過對多管徑多次的冷凍試驗得出液氮冷凍的方法：將液氮冷凍系統連接組裝完畢，打開杜瓦瓶液相閥，將液氮輸送至液氮夾套中，并在冷凍過程中使液氮夾套中的液氮充滿夾套的2/3體積。開始監測管壁溫度，當冰塞形成過程中，管壁中心溫度由不低于-80℃，當冰塞形成后，管壁中心溫度開始快速下降，離開液氮夾套邊緣20mm處溫度降至-30℃以下。

干冰與液氮冷凍方法的比較：干冰冷凍能力較液氮弱，只適合冷凍較小管徑的冷凍，對較大管道的冷凍，耗費時間長，冷卻劑使用量大。液氮冷凍可冷凍更大管徑的管道。干冰冷凍設備輕便，安裝方便。液氮冷凍設備較大，安裝較復雜。干冰冷凍溫度較高，對管道實施冷凍，不會形成較低的溫度，安全性較高。液氮冷凍溫度較低，控制不當，會對管道形成較低的溫度，安全性能受到一定影響。

從金相分析，碳鋼管的冰塞部位與遠離冰塞部位的顯微組織無明顯差別；不銹鋼管的冰塞部位與遠離冰塞部位的顯微組織也無明顯差別。所以核電現場冰塞試驗對碳鋼管及不銹鋼管的顯微組織無明顯影響。

圖1　碳鋼的拉伸性能比較Fig.1 Tensile properties of carbon steel

對比冰塞前后的管道材質，在冰塞位置和遠離冰塞位置的碳鋼管和不銹鋼管的顯微組織沒有明顯變化，碳鋼均為鐵素體加珠光體組織，不銹鋼均為奧氏體組織。碳鋼管和不銹鋼管的冰塞部位的強度略高于遠離冰塞部位的強度，但斷后伸長率變化不大。這是因為經過冰塞試驗，材料經過冷熱循環，內應力增加，所以使冰塞部位的材料強度略高。同樣，碳鋼管和不銹鋼管的冰塞部位的沖擊性能也略高于遠離冰塞部位的沖擊性能。冰塞部位和遠離冰塞部位的碳鋼管和不銹鋼管的強度和斷后伸長率均符合國家標準。因此，判斷冰塞對材料的斷裂性能并無實質性的影響。

3　結語

冰塞的使用受多種因素的制約，在國內沒有詳細的指導書對冰塞制作的整個過程給予系統準確的指導。國內國外的氣候環境不盡相同，無法完全借鑒他人的數據及經驗。需要我們自己進行實驗研究，總結數據及積累經驗，形成適合自身的冰塞技術。

［1］ 王元清，王曉哲，武延民.結構鋼材低溫下主要力學性能指標的試驗研究［J］.工業建筑，2001，（31）：112-113.

［2］ 龍期威.低碳鋼的斷裂韌性和屈服強度的低溫溫度依賴性［J］.金屬學報，1985，（21）：75-76.

Application of Ice Plug Technology in Nuclear Power Plant

ZHU You-xue
（Jiangsu Nuclear Power Corp，Lian yun gang 222042，China）

Ice plug is a isolation and maintenance method，the systemcan not be isolated by conventional means，such as nuclear power plant some special system，the use of ice plug is very effective.At present，some nuclear power plants have been used in China，and this paper gives a briefintroduction ofice plugtechnology.

Ice plug；Nuclear power；Isolation

TM623

A

1674-8646（2015）08-0007-01

2015-06-16

朱友學（1987-），男，江蘇連云港人，學士，助理工程師，從事核電、熱能與動力工程研究。