核電廠管道的流體加速腐蝕及其老化管理

杜浩楠

（南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421001）

在核電廠管道運營的過程中，碳鋼和就低合金鋼材料的正常保護膜會在流體的腐蝕影響下對管道內(nèi)原有的氧化膜產(chǎn)生影響，流體直接接觸后會使得管道的氧化膜變薄，對管道的材料產(chǎn)生較強的影響性。核電廠管道材料在流體的影響下加速腐蝕，管道內(nèi)氧化膜的溶解以及腐蝕的速率不斷增加，給核電廠的運行產(chǎn)生較強的影響，給核電廠的安全運行產(chǎn)生較強的影響。本文分析了如何基于對管道內(nèi)流體加速腐蝕因素的影響對管道的使用壽命進(jìn)行有效延長，提出保障電廠安全運行的管道老化管理的措施。

1 影響核電廠管道流體加速腐蝕的因素

在現(xiàn)代能源中，核電是最安全、經(jīng)濟以及清潔的能源，發(fā)展核電有助于創(chuàng)建體壇生活，助力當(dāng)代社會能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。在發(fā)展核電能源的時候最重要的是安全，為了確保核電機組的安全建造和有效運行，減少核電設(shè)備的腐蝕和失效，要確保核電管道的安全運行，在管理核電廠的時候建立二回路系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)的確認(rèn)，減少管道內(nèi)流體對于管道材質(zhì)的腐蝕，避免核電廠管道發(fā)生腐蝕問題，給核電廠的整體安全運行產(chǎn)生較大的影響。

核電廠內(nèi)管道流動加速腐蝕在管道內(nèi)部是一個局部腐蝕的過程，是物理過程和化學(xué)過程相互作用影響的機制，流動腐蝕的過程包括金屬氧化、金屬陽離子遷移、可溶性含鐵組分解的電化學(xué)過程等，核電廠管道中的中介物質(zhì)流動加速了h 腐蝕的過程，給黑電廠的管道材質(zhì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，一旦核電廠的管道發(fā)生腐蝕，碳鋼或低合金鋼表面的保護氧化膜因為溶解的效應(yīng)而減弱，使得保護的效應(yīng)大大降低，長此以往會造成核電廠管道的管壁減薄，嚴(yán)重的時候也會因為管道突然破裂而發(fā)生災(zāi)難性的重大事故。

影響核電廠管道流動腐蝕過程的因素有許多，包括管道內(nèi)流體的流速、管壁粗糙度、管路幾何形狀和流體含汽率等，這些因素的變化會影響核電廠管道的腐蝕速度。影響管道流動腐蝕速度的因素有：

（1）管道內(nèi)流體的速度因素。當(dāng)核電廠管道內(nèi)流體介質(zhì)速度降低時，管道內(nèi)流體的速度增加和可溶性含鐵的擴散邊界加大使得管道內(nèi)的腐蝕物質(zhì)被帶走使得管道的含鐵成分降低，管道內(nèi)的流速增大，管道內(nèi)的氧化膜速率偏離于正常水平，管道內(nèi)的腐蝕過程會加大，流體速度也在不斷擴大，管道內(nèi)的流體腐蝕過程加快，對管道壁面的剪切應(yīng)力增大，最終影響管道材質(zhì)的穩(wěn)定性。

（2）管道內(nèi)壁粗糙度因素。核電廠管道內(nèi)壁的粗糙度對附近流體的速度產(chǎn)生一定的影響，最終流體的粗糙度產(chǎn)生的摩擦因子對流體的腐蝕速度進(jìn)行了提升，給核電廠管道的運轉(zhuǎn)和使用產(chǎn)生了一定的影響。

（3）管道幾何形狀因素。核電廠內(nèi)管道的幾何形狀不同對管道內(nèi)流體的流速分布產(chǎn)生了一定的影響，當(dāng)管道內(nèi)因為腐蝕等因素發(fā)生幾何形狀變化的問題時，管路內(nèi)局部速率發(fā)生變化，部分幾何形狀的變化增加流體的速度以及湍流的程度，這樣的過程中，管道內(nèi)流體速度會加速腐蝕的過程。

（4）管道內(nèi)流體含汽率因素。核電廠管道內(nèi)流體介質(zhì)的含汽率比較低的時候，管道內(nèi)的整體蒸汽會發(fā)生流動混亂度的情況，這樣混亂的蒸汽會減小管道內(nèi)的傳質(zhì)阻力，管道內(nèi)的腐蝕效應(yīng)會逐漸增加，當(dāng)管道內(nèi)的流體含汽率達(dá)到一個較高的水平時，管道內(nèi)的腐蝕速度會不斷加快，給核電廠管道的安全運行產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。

2 抑制核電廠管道流體加速腐蝕和老化管理的措施

核電廠在建立的過程中要重點對管線進(jìn)行設(shè)計以及布置優(yōu)化，在對管線進(jìn)行改造的時候，核電廠的管道可以使用無碳鋼材料，對無碳鋼的材料進(jìn)行使用標(biāo)準(zhǔn)的提升。在對管道布線進(jìn)行設(shè)計的時候要綜合考慮原有設(shè)備布局中存在的不足，降低系統(tǒng)老化等原有問題對于核電廠安全運轉(zhuǎn)問題造成影響。

在優(yōu)化核電廠核心系統(tǒng)的時候，要對原有的CI 系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)問題進(jìn)行檢驗和核查，通過綜合分析以及探究核電廠CI系統(tǒng)的老化原因，在系統(tǒng)篩選的過程中完善理論依據(jù)，借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)以及經(jīng)驗，對核電廠流體管理的CI 系統(tǒng)進(jìn)行選擇以及確認(rèn)。對于CI 系統(tǒng)的篩選、檢驗以及確認(rèn)，要對汽水分離再熱系統(tǒng)進(jìn)行選擇，優(yōu)化使用除氧器、高壓加熱器、低壓加熱器、蒸汽轉(zhuǎn)換器、給水加熱器疏水回收、汽動主給水泵、主給水泵疏水回收等系統(tǒng)進(jìn)行控制以及確認(rèn)，在核心系統(tǒng)確認(rèn)之后優(yōu)化各類配置硬件的選擇，確保CI 系統(tǒng)可以優(yōu)化和電廠的流體速度管理，提升對核電廠老化的管理效率，確保核電廠的整體運轉(zhuǎn)安全性。

對于核電廠管道系統(tǒng)的管線篩選與使用，在確認(rèn)了CI核心系統(tǒng)之后要慎重地選擇適配的管線，因為管線是整個管道系統(tǒng)內(nèi)最為重要的組成部分。只有嚴(yán)格地選擇和確認(rèn)管線的使用才可以確保核電廠內(nèi)所有的管道可以在運轉(zhuǎn)的時候發(fā)揮最大的功效。在制定管線篩選方案的時候，要依據(jù)管道的安裝以及管線的布置位置進(jìn)行選擇，第一項要求是要符合管線的篩選標(biāo)準(zhǔn)，所有的管道直徑都要大于50mm，管道的流速在1.5m/s 以上，所有管線材料都要是最基本的鋼材料或者是合金鋼。第二項要求是發(fā)揮同一個功效的管線要使用同樣的材質(zhì)，控制管道內(nèi)的流速在1.5m/s 以，管道的直徑在50mm 以下。第三項要求是管線必須是系統(tǒng)管線，所使用的材料符合不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)。在對于管線進(jìn)行安裝后管理之后，要按照系統(tǒng)設(shè)計圖進(jìn)行相關(guān)性以及可行性的分析，對管線的分布以及管理進(jìn)行校驗，按照既定的周期對管線的功能以及運轉(zhuǎn)的正常與否情況進(jìn)行檢驗和監(jiān)測，基于此才可以確保核電廠內(nèi)所有的管線都發(fā)揮預(yù)定的運轉(zhuǎn)效率。

在對于核電廠流體加速老化預(yù)防以及管理的過程中。要對管道的運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測以及管理，確保整個系統(tǒng)的使用性能都是最優(yōu)的。在進(jìn)行老化管理的過程中，根據(jù)核電廠不同設(shè)備對于管線的不同使用設(shè)備要求進(jìn)行分析，調(diào)整管線的狀態(tài)以及管理內(nèi)部流體的運轉(zhuǎn)情況，例如管線的西能是否符合內(nèi)部流體的運轉(zhuǎn)溫度，確保核電廠管道的性能處于最佳的狀態(tài)。同時，在進(jìn)行管線設(shè)計以及布置的時候添加合金鋼進(jìn)行幾何形狀的加固等等，降低管道系統(tǒng)發(fā)生腐蝕的可能性。在管線設(shè)計的時候還可以根據(jù)實際管道運轉(zhuǎn)的情況改進(jìn)管道的結(jié)構(gòu)和尺寸，降低湍流現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而優(yōu)化管道整體的老化管理，降低老化問題對核電廠設(shè)備功能產(chǎn)生的影響，使得核電廠正常運轉(zhuǎn)，發(fā)揮最大功效。

當(dāng)管道系統(tǒng)處于運轉(zhuǎn)的過程中時，對于管線的老化改進(jìn)和管理可以綜合實際運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行，改善系統(tǒng)的二回路水化學(xué)現(xiàn)象，調(diào)節(jié)管道內(nèi)流體的PH 水平，降低流體的速率，減少管道腐蝕的速度。在對管道檢測的時候，檢測人員要重點檢測管道的壁厚，優(yōu)化流體的流轉(zhuǎn)速率，定期檢驗管道是否發(fā)生滲漏的情況，進(jìn)而讓整個管道使用效率得到提升。實時監(jiān)測核電廠管道所處的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，分析調(diào)查檢驗到的數(shù)據(jù)的合理性，及時預(yù)判管道腐蝕和老化中可能存在的問題，事前做好控制和管理，為管道設(shè)計以及布置的優(yōu)化積累經(jīng)驗，提升整合核電廠的運轉(zhuǎn)效率和運轉(zhuǎn)質(zhì)量。

3 結(jié)語

為了確保核電廠的整體運轉(zhuǎn)效率和運轉(zhuǎn)的安全性，要對影響核電廠安全性的流體因素進(jìn)行分析，分析流體對于管道腐蝕以及老化的影響，從管道內(nèi)流體加速腐蝕的程度出發(fā)提出優(yōu)化管理的措施，最大程度地保障核電廠管道的運轉(zhuǎn)安全，提升核電廠管道的安全性，為整個核電廠功效的發(fā)揮奠定良好的基礎(chǔ)。