冰塞技术在核电厂的应用

朱友学（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

冰塞技术在核电厂的应用

朱友学
（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

冰塞是一种隔离维修手段，对于系统无法用常规手段隔离的情况，如核电厂某些特殊系统，使用冰塞是很有效的。目前国内某些核电厂已经运用，本文对冰塞技术做简要介绍。

冰塞；核电；隔离

对于核电站系统设备出现故障需要隔离检修，而有时通过系统运行手段无法隔离，或隔离需要造成大量放射性介质排放，或介质排放可能影响机组安全性。对于这种情况而发展出的冰塞技术，可以实现在系统介质不排空的前提下，对设备实施隔离。冰塞技术虽然在国外已在使用，但在国内也只有少数核电厂使用，如秦山、田湾、福清等。

2　冰塞方法介绍

原理：冰塞是通过低温制冷系统将管道内的液态介质进行局部冷冻，使介质在管道内形成的一段冰状封堵，将介质隔离开来并可以承受一定的压差，用以实现在线隔离。

冰塞的冷冻分为四个阶段，即冰塞的制作——形成后的判断——冰塞的维持——冰塞的解冻。其中以冰塞的形成和冰塞的维持最为关键。冰塞的制冷剂常用液态二氧化碳和液氮，这两种制冷剂无毒，对环境无污染，其中液态二氧化碳气化温度是-78℃，液氮温度更是低于-196℃，对于大口径的管道可以考虑使用液氮冰塞。

液态二氧化碳冷冻工具是由储存液态二氧化碳的储罐，输送液态二氧化碳的高压软管和收集干冰的布袋所组成。通过多次对管道的冷冻，我们得到液态二氧化碳的基本冷冻方法：在管道温度低于30℃以下，向布袋输送一定量的液态二氧化碳，在充满布袋1/3～2/3并将管道包裹后，停止供给液态二氧化碳，利用干冰的升华吸热继续冷冻管道，冷冻过程中，管壁温度会逐渐回升，当回升至-10℃左右后，再次供给液态二氧化碳。循环此过程，至形成冰塞。

液氮冷冻通过两段低压输送金属软管将液氮杜瓦瓶中的液氮输送至液氮夹套中。利用液氮在夹套中的蒸发吸热将管道内的介质冷冻。利用热电阻测温仪监测管壁温度。液氮冷冻系统由低压输送金属软管、液氮杜瓦瓶储罐、自制液氮冰塞夹套、热电阻测温仪组成。通过对多管径多次的冷冻试验得出液氮冷冻的方法：将液氮冷冻系统连接组装完毕，打开杜瓦瓶液相阀，将液氮输送至液氮夹套中，并在冷冻过程中使液氮夹套中的液氮充满夹套的2/3体积。开始监测管壁温度，当冰塞形成过程中，管壁中心温度由不低于-80℃，当冰塞形成后，管壁中心温度开始快速下降，离开液氮夹套边缘20mm处温度降至-30℃以下。

干冰与液氮冷冻方法的比较：干冰冷冻能力较液氮弱，只适合冷冻较小管径的冷冻，对较大管道的冷冻，耗费时间长，冷却剂使用量大。液氮冷冻可冷冻更大管径的管道。干冰冷冻设备轻便，安装方便。液氮冷冻设备较大，安装较复杂。干冰冷冻温度较高，对管道实施冷冻，不会形成较低的温度，安全性较高。液氮冷冻温度较低，控制不当，会对管道形成较低的温度，安全性能受到一定影响。

从金相分析，碳钢管的冰塞部位与远离冰塞部位的显微组织无明显差别；不锈钢管的冰塞部位与远离冰塞部位的显微组织也无明显差别。所以核电现场冰塞试验对碳钢管及不锈钢管的显微组织无明显影响。

图1　碳钢的拉伸性能比较Fig.1 Tensile properties of carbon steel

对比冰塞前后的管道材质，在冰塞位置和远离冰塞位置的碳钢管和不锈钢管的显微组织没有明显变化，碳钢均为铁素体加珠光体组织，不锈钢均为奥氏体组织。碳钢管和不锈钢管的冰塞部位的强度略高于远离冰塞部位的强度，但断后伸长率变化不大。这是因为经过冰塞试验，材料经过冷热循环，内应力增加，所以使冰塞部位的材料强度略高。同样，碳钢管和不锈钢管的冰塞部位的冲击性能也略高于远离冰塞部位的冲击性能。冰塞部位和远离冰塞部位的碳钢管和不锈钢管的强度和断后伸长率均符合国家标准。因此，判断冰塞对材料的断裂性能并无实质性的影响。

3　结语

冰塞的使用受多种因素的制约，在国内没有详细的指导书对冰塞制作的整个过程给予系统准确的指导。国内国外的气候环境不尽相同，无法完全借鉴他人的数据及经验。需要我们自己进行实验研究，总结数据及积累经验，形成适合自身的冰塞技术。

［1］ 王元清，王晓哲，武延民.结构钢材低温下主要力学性能指标的试验研究［J］.工业建筑，2001，（31）：112-113.

［2］ 龙期威.低碳钢的断裂韧性和屈服强度的低温温度依赖性［J］.金属学报，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

朱友学（1987-），男，江苏连云港人，学士，助理工程师，从事核电、热能与动力工程研究。