淺談核電站埋地管道管理

唐耀波

三門核電有限公司 浙江三門 317112

核電廠地下管道承擔著液體、氣體等介質的輸運功能，一般采用埋地或管廊布置。多數(shù)埋地管道長期服役于潮濕土壤環(huán)境中，不可避免出現(xiàn)降質[1]。

根據(jù)INPO（美國核電運營學會）公開數(shù)據(jù)：2009—2014年6年間，美國核電站每年發(fā)生約100次泄漏。6年間共發(fā)生了43次嚴重泄漏。其中，消防系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)和廢液處理系統(tǒng)出現(xiàn)管道降質需要額外關注。國內(nèi)核電廠埋地管道失效案例也較多，消防水、重要廠用水系統(tǒng)、原水系統(tǒng)等埋地管道也出現(xiàn)過滲漏。

圖1 美國核電站2009-2014年埋地管道缺陷匯總

1 埋地管道降質機理

埋地管道存在管體減薄（均勻腐蝕、電偶腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕、微生物腐蝕、沖刷腐蝕等）、管道開裂（應力腐蝕開裂、氫脆、腐蝕疲勞）等多種降質形式。對于美國埋地管道降質進行進一步分析，機械方面（包括機械密封、連接等）因素導致降質占61%，其次是腐蝕、老化相關、設計、運行和涂層降質等因素。

根據(jù)美國核電站埋地管道失效統(tǒng)計數(shù)據(jù)：發(fā)生降質的埋地管道中，運行到失效管道占72%，其余約20%管道是安全相關管道或者含有環(huán)境有害流體（包括放射性液體），需要引起格外重視。

2 埋地管道管理實踐

由于長期埋設于地下，缺乏有效的監(jiān)、檢測手段進行監(jiān)督，直接制約著埋地管道管理。核電廠的埋地管道面臨強磁干擾環(huán)境、管道并行或交叉、硬質路面、地下金屬構筑物密集等特殊情況下，如何開展核電廠埋地管道的檢測，提高檢測結果的準確度，具有一定的難度和應用價值。

2.1 國內(nèi)外核電站埋地管道管理規(guī)范要求

1996-2006年間，美國核電站多次發(fā)生放射性流體滲入土壤或者地下水，因此2007年美國核能行業(yè)協(xié)會（NEI）發(fā)布了NEI07-07（地下水保護倡導），要求核電站開發(fā)相應的程序并開展檢查來加強放射性流體管理，確保地下水安全。2008年，EPRI（美國電力研究院）成立了埋地管道完整性小組（BPIG）。小組活動包括對陰極保護、預應力混凝土管道、涂層、風險分級、導波檢測、冷纏帶修復等典型主題進行研討并發(fā)起相關研究。

2008-2009年間美國Davis-Besse、Dresden、Oyster Creek核電廠相繼又發(fā)生含氚濃縮液埋地管道泄漏，雖然三次地下水中氚濃度沒有超過限值要求，但還是引起業(yè)界以及公眾的關注。2009年，NEI發(fā)布了NEI09-14（埋地管道和箱體管理導則），對埋地管道管理提出了一系列具體要求：

所有美國核電站編制埋地管道和箱體專項大綱，并按照EPRI要求開展相應工作；美國所有核電站發(fā)生的埋地管道泄漏均向INPO匯報，埋地管道檢查結果向EPRI匯報；

EPRI組織進行埋管檢查技術開發(fā)；

在核電站評估和延壽時重點審查埋地管道管理。

在美國，核電站開展埋地管道管理已經(jīng)成為強制性的要求。EPRI相應已經(jīng)發(fā)布了一系列埋地管道檢查、評估技術導則，用以指導埋地管道管理。

而目前國內(nèi)核電行業(yè)規(guī)范中，暫未見到針對核電廠埋地管道管理相關規(guī)范，僅石化行業(yè)編制了相應的行業(yè)標準來規(guī)范其埋地管道檢查。

2.2 國內(nèi)外核電廠埋地管道管理

2009年起，美國核電站開始全面進行埋地管道管理。根據(jù)NEI09-14要求，參照EPRI 文件開展埋地管道管理，包括：大綱編制、埋地管道篩選、檢查計劃制定、埋管檢查等。

埋地管道篩選：需考慮管道材質的影響，如不銹鋼、碳鋼、HDPE、鋼筋混凝土；考慮埋地管道5年之內(nèi)是否進行水壓試驗；埋地管道外腐蝕、內(nèi)腐蝕失效機理；考慮回填料類型、尺寸等對埋地管道敏感性影響。廣泛采用EPRI開發(fā)的BPWORKS軟件，對于電站埋地管道進行分級，篩選出需重點關注的管道。

檢查計劃制定：利用BPWORKS軟件，制定電站的埋地管道檢查計劃。

埋管檢查：檢查方法包括直接開挖目視檢查、水壓試驗、導波檢查、管道內(nèi)壁視頻檢查、管道內(nèi)壁測厚等。

目前國內(nèi)運行核電站埋地管道的監(jiān)檢測和狀態(tài)評價研究相對較少。近幾年開始有了一些嘗試，如埋地管道土壤腐蝕性調研、埋地管道腐蝕評價臺架建立等。

2.3 國外埋地管道檢查技術開發(fā)現(xiàn)狀

目前埋地管道常常在埋地管道發(fā)生泄漏后才發(fā)現(xiàn)降質，對核電廠的正常運行有一定影響。近10年來，埋地管道檢查技術開發(fā)一直是EPRI NDE小組工作的重點。以2014年為例，EPRI共資助導波直接檢驗能力評價、采用導波檢查技術進行結構監(jiān)測、導波探頭新技術開發(fā)、透過涂層對埋地管道檢查技術評價等10項檢查技術。目前EPRI已經(jīng)形成了一系列免開挖或者局部開挖的埋地管道內(nèi)、外部檢查技術，各類技術進行驗證后可行。

3 國內(nèi)埋地管道檢查技術開發(fā)建議

目前埋地管道檢查技術中，最常用的兩種為導波檢查和管道機器人檢查。導波是EPRI重點推薦的埋地管道檢查技術。該技術利用超聲導波在管道介質中傳播速度快、能量衰減小、頻散較穩(wěn)定的特點實現(xiàn)了對管道的大范圍、快速、準確的檢測，對管道內(nèi)、外壁較大缺陷均可檢測，可實現(xiàn)對管道缺陷全面、完整的覆蓋[2]。當遇到管道內(nèi)外壁腐蝕或缺陷引起的金屬缺失時，由于管道橫截面積（厚度）發(fā)生了改變，在缺損處就會有反射波返回，通過儀器分析由同一探頭陣列檢出的反射信號就可以探測到管道的內(nèi)外部缺陷位置、大小和腐蝕情況。該技術在美國核電站已經(jīng)有非常好的應用效果。而且前期國內(nèi)石油化工行業(yè)也開展了超聲導波對長輸埋地鋼質管道檢測技術的研究，已經(jīng)有相應的基礎。管道機器人按照檢測技術可分為視頻檢查機器人和超聲波檢測機器人。按照管道內(nèi)運動方式，可以分為爬行機器人和水流推動機器人。管道機器人可檢測的缺陷包括管壁異常、焊縫異常、機械損傷、內(nèi)徑異常、壁厚改變等[3]。

4 結論和建議

對國內(nèi)外埋地管道降質案例、埋地管道相關法規(guī)規(guī)范、核電站埋地管道管理現(xiàn)狀、埋地管道專項技術開發(fā)相關信息進行了收集和整理。可以看出，在美國開展埋地管道管理已經(jīng)是強制性要求，并已投入大量資金進行了埋地管道檢查技術開發(fā)。國內(nèi)核安全監(jiān)管機構已經(jīng)關注到核電站埋地管道管理，要求跟蹤EPRI埋地管道檢查技術開發(fā)，適時開展埋地管道檢查。

對中國核電站埋地管道管理，提出如下建議：（1）針對埋地管道開展全面的管理，包括：埋地管道資料收集，埋地管道篩選和檢查計劃制定等；（2）核電站埋地管道檢測單位與石化行業(yè)多進行技術交流，促進埋地管道檢查技術共同發(fā)展。