基于干冰清洗的核電廠電纜除霉測試與分析

朱 斌，雷 毅，陳 忻，劉 韜

（蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004）

0 引言

在核電廠中鋪設(shè)有大量的儀控和電力電纜，其中有相當(dāng)數(shù)量的電纜通過電纜廊道與各個(gè)不同的廠房設(shè)備相連接。電纜廊道屬于核電廠地下建筑部分，部分區(qū)域環(huán)境較為惡劣。在長期使用過程中，在廊道和管溝中鋪設(shè)的電纜容易存在霉化現(xiàn)象，有些區(qū)域電纜的霉化程度已經(jīng)非常嚴(yán)重，如果不及時(shí)清洗，將會(huì)對核電廠安全運(yùn)行產(chǎn)生很大危害。因此，有必要對核電廠中已經(jīng)臟污發(fā)霉的電纜進(jìn)行清潔研究，尋找簡單高效環(huán)保的除霉方式。

干冰（固體二氧化碳）清洗作為新型的高效環(huán)保表面清潔技術(shù)，起源于美國，在歐美等國家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于模具除膠、設(shè)備清潔保養(yǎng)、石油管道除油去臟污、手機(jī)零部件去除毛刺等[1][2]。國內(nèi)有部分研究所和大學(xué)同時(shí)也開展了干冰在不同行業(yè)的應(yīng)用研究，汽車制造[3]，變電站絕緣子帶電清潔[4，5]，鐵路絕緣子清洗[6]，甚至文物清洗[7]等。本文旨在研究將干冰清洗技術(shù)應(yīng)用到核電廠發(fā)霉電纜的除霉作業(yè)，對干冰清洗效果進(jìn)行了試驗(yàn)，對清洗后對電纜的物理特性影響進(jìn)行了分析，最后提出了利用干冰清洗電纜時(shí)效果最高的技術(shù)參數(shù)。

1 發(fā)霉電纜的分析

有關(guān)微生物霉菌繁殖研究報(bào)告指出[8，9，10]，物體表面長霉現(xiàn)象與物體周圍環(huán)境和材料本身性質(zhì)有關(guān)，霉菌生長的主要條件是溫度和濕度。電纜成分中的碳酸鈣、炭黑、石蠟或脂肪酸類等通常有助于霉菌生長，而電纜保護(hù)套中常用的氫氧化物和硬脂酸，可能導(dǎo)致表面長霉。在核電廠中，部分電纜所處環(huán)境陰暗封閉，當(dāng)環(huán)境相對濕度大于95%、周圍氣流小于0.2m/s、有菌源感染的情況下，電纜表面容易發(fā)霉。

通過對發(fā)霉電纜實(shí)際觀測，霉菌大部分呈片狀分布，表面覆蓋面積約60%～90%，霉菌主要生長于電纜表面。

2 干冰清洗原理

干冰清洗的獨(dú)特之處在于干冰顆粒在沖擊瞬間氣化。干冰顆粒的動(dòng)量在沖擊瞬間消失，干冰顆粒與清洗表面間迅速發(fā)生熱交換，致使固態(tài)CO2迅速升華變?yōu)闅怏w。干冰顆粒在千分之幾秒內(nèi)體積膨脹近800倍，這樣就在沖擊點(diǎn)造成“微型爆炸”，從而高效地清洗污垢。

相對于傳統(tǒng)方法，電纜表面干冰清理的優(yōu)勢有：①無污染或污染極小，干冰揮發(fā)為二氧化碳，無任何殘留物。②干冰清洗較為柔和，大面積清洗對電纜表面不會(huì)有損傷。

3 測試用的臟污電纜狀態(tài)評估

測試用的臟污電纜為核電廠常用電纜，共白、灰、藍(lán)三種型號，來源于核電廠現(xiàn)場。針對三種臟污電纜，各截取一段作為樣本并選取3處表面狀態(tài)較好區(qū)域標(biāo)記分組，用300倍光學(xué)顯微鏡觀測并記錄標(biāo)記區(qū)域的微觀形貌，并用粗糙度儀檢測其表面粗糙度并記錄。

通過查詢電纜出廠參數(shù)報(bào)告，電纜絕緣層相關(guān)技術(shù)參數(shù)值如下：

圖1 灰色電纜表面形貌

圖2 藍(lán)色電纜表面形貌

圖3 白色電纜表面形貌

表1 粗糙度儀檢測電纜表面結(jié)果

表2 電纜絕緣層技術(shù)參數(shù)表

4 干冰清洗臟污電纜試驗(yàn)方法

試驗(yàn)的主要目的是觀測利用干冰清洗方法去除電纜表面臟污，同時(shí)針對性地探討效率最大化的具體清洗參數(shù)。

從三種類型的電纜上各截取試樣進(jìn)行對比試驗(yàn)，試樣長度100mm。

試驗(yàn)設(shè)備采用儒眾智能科技的RC270單管干冰清洗機(jī)，如圖4所示。主要參數(shù)為：空氣流量0.3m3/min（0.7Mpa 空氣壓力時(shí)），清洗距離40mm；噴射角度75°～90°；干冰流量0.25kg/min；干冰類型為顆粒塊狀干冰（干冰顆粒度約150μm）和粉末塊狀干冰（干冰顆粒度約800μm）；噴嘴為圓型噴嘴。

試驗(yàn)時(shí)分別采用粉末塊狀干冰和顆粒塊狀干冰對三種類型的電纜試樣進(jìn)行清洗，對于1、3、5三組試樣用粉末塊狀干冰進(jìn)行清洗，對于2、4、6三組試樣用顆粒塊狀干冰進(jìn)行清洗。

圖4 RC270干冰清洗機(jī)

對于組號1-3、2-1、3-3、4-1、5-3、6-1用0.25Mpa 氣壓進(jìn)行清洗；對于組號1-1、2-2、3-1、4-2、5-1、6-2用0.3Mpa 氣壓進(jìn)行清洗；對于組號1-2、2-3、3-2、4-3、5-2、6-3用0.4Mpa 氣壓進(jìn)行清洗，在清洗時(shí)長3s、6s、9s 時(shí)記錄電纜表面狀態(tài)并檢測其粗糙度值。

5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

表1 粉末塊狀干冰（干冰顆粒度150μm）出口氣壓0.25Mpa清洗電纜表面

表2 粉末塊狀干冰（干冰顆粒度150μm）出口氣壓0.3Mpa清洗電纜表面

表3 粉末塊狀干冰（干冰顆粒度150μm）出口氣壓0.4Mpa清洗電纜表面

表4 顆粒塊狀干冰（干冰顆粒度800μm）出口氣壓0.25Mpa清洗電纜表面

表5 顆粒塊狀干冰（干冰顆粒度800μm）出口氣壓0.3Mpa清洗電纜表面

通過上述試驗(yàn)觀測記錄可以發(fā)現(xiàn)，對于三種類型的電纜，使用干冰清洗時(shí)不同氣壓對清洗效果影響較大。對于0.25Mpa 的氣壓值，干冰清洗電纜時(shí)不會(huì)對電纜表面造成損傷。對于0.4Mpa的氣壓值，干冰清洗電纜時(shí)沖擊力較大，對三種電纜表面都會(huì)造成一定的損傷。

對于采用粉末塊狀干冰在0.25Mpa 氣壓下清洗12s 后的電纜進(jìn)行絕緣層檢測：

表7 粉末塊狀干冰（干冰顆粒度150μm）出口氣壓0.25Mpa清洗電纜粗糙度值

表8 粉末塊狀干冰（干冰顆粒度150μm）出口氣壓0.3Mpa清洗電纜粗糙度值

表9 粉末塊狀干冰（干冰顆粒度150μm）出口氣壓0.4Mpa清洗電纜粗糙度值

表10 顆粒塊狀干冰（干冰顆粒度800μm）出口氣壓0.25Mpa清洗電纜粗糙度值

表11 顆粒塊狀干冰（干冰顆粒度800μm）出口氣壓0.3Mpa清洗電纜粗糙度值

表12 顆粒塊狀干冰（干冰顆粒度800μm）出口氣壓0.4Mpa清洗電纜粗糙度值

表13 清洗后電纜絕緣層技術(shù)參數(shù)表

對清洗后的電纜絕緣層物理性能參數(shù)進(jìn)行檢測后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過干冰清洗的電纜，其力學(xué)性能參數(shù)無明顯變化，絕緣參數(shù)滿足正常使用要求。

6 結(jié)束語

本文提出了電纜表面臟污的干冰清洗試驗(yàn)與分析。結(jié)果表面，在氣源壓力0.7MPa 時(shí)，對于灰、白、藍(lán)三種類型的電纜表面臟污，使用塊狀干冰進(jìn)行清洗較有很好的清洗效果，經(jīng)過切削噴出的干冰顆粒粒度大小對于電纜表面清洗具有一定影響，但是影響作用較小。對于測試中的三種電纜，在噴出氣壓不大于0.25MPa 時(shí)，干冰清洗基本不會(huì)造成損傷，但是當(dāng)噴出氣壓在0.4MPa或更高時(shí)，用干冰清洗電纜會(huì)對電纜表面絕緣層造成損傷。