浅谈核电站埋地管道管理

唐耀波

三门核电有限公司 浙江三门 317112

核电厂地下管道承担着液体、气体等介质的输运功能，一般采用埋地或管廊布置。多数埋地管道长期服役于潮湿土壤环境中，不可避免出现降质[1]。

根据INPO（美国核电运营学会）公开数据：2009—2014年6年间，美国核电站每年发生约100次泄漏。6年间共发生了43次严重泄漏。其中，消防系统、重要厂用水系统和废液处理系统出现管道降质需要额外关注。国内核电厂埋地管道失效案例也较多，消防水、重要厂用水系统、原水系统等埋地管道也出现过渗漏。

图1 美国核电站2009-2014年埋地管道缺陷汇总

1 埋地管道降质机理

埋地管道存在管体减薄（均匀腐蚀、电偶腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、微生物腐蚀、冲刷腐蚀等）、管道开裂（应力腐蚀开裂、氢脆、腐蚀疲劳）等多种降质形式。对于美国埋地管道降质进行进一步分析，机械方面（包括机械密封、连接等）因素导致降质占61%，其次是腐蚀、老化相关、设计、运行和涂层降质等因素。

根据美国核电站埋地管道失效统计数据：发生降质的埋地管道中，运行到失效管道占72%，其余约20%管道是安全相关管道或者含有环境有害流体（包括放射性液体），需要引起格外重视。

2 埋地管道管理实践

由于长期埋设于地下，缺乏有效的监、检测手段进行监督，直接制约着埋地管道管理。核电厂的埋地管道面临强磁干扰环境、管道并行或交叉、硬质路面、地下金属构筑物密集等特殊情况下，如何开展核电厂埋地管道的检测，提高检测结果的准确度，具有一定的难度和应用价值。

2.1 国内外核电站埋地管道管理规范要求

1996-2006年间，美国核电站多次发生放射性流体渗入土壤或者地下水，因此2007年美国核能行业协会（NEI）发布了NEI07-07（地下水保护倡导），要求核电站开发相应的程序并开展检查来加强放射性流体管理，确保地下水安全。2008年，EPRI（美国电力研究院）成立了埋地管道完整性小组（BPIG）。小组活动包括对阴极保护、预应力混凝土管道、涂层、风险分级、导波检测、冷缠带修复等典型主题进行研讨并发起相关研究。

2008-2009年间美国Davis-Besse、Dresden、Oyster Creek核电厂相继又发生含氚浓缩液埋地管道泄漏，虽然三次地下水中氚浓度没有超过限值要求，但还是引起业界以及公众的关注。2009年，NEI发布了NEI09-14（埋地管道和箱体管理导则），对埋地管道管理提出了一系列具体要求：

所有美国核电站编制埋地管道和箱体专项大纲，并按照EPRI要求开展相应工作；美国所有核电站发生的埋地管道泄漏均向INPO汇报，埋地管道检查结果向EPRI汇报；

EPRI组织进行埋管检查技术开发；

在核电站评估和延寿时重点审查埋地管道管理。

在美国，核电站开展埋地管道管理已经成为强制性的要求。EPRI相应已经发布了一系列埋地管道检查、评估技术导则，用以指导埋地管道管理。

而目前国内核电行业规范中，暂未见到针对核电厂埋地管道管理相关规范，仅石化行业编制了相应的行业标准来规范其埋地管道检查。

2.2 国内外核电厂埋地管道管理

2009年起，美国核电站开始全面进行埋地管道管理。根据NEI09-14要求，参照EPRI 文件开展埋地管道管理，包括：大纲编制、埋地管道筛选、检查计划制定、埋管检查等。

埋地管道筛选：需考虑管道材质的影响，如不锈钢、碳钢、HDPE、钢筋混凝土；考虑埋地管道5年之内是否进行水压试验；埋地管道外腐蚀、内腐蚀失效机理；考虑回填料类型、尺寸等对埋地管道敏感性影响。广泛采用EPRI开发的BPWORKS软件，对于电站埋地管道进行分级，筛选出需重点关注的管道。

检查计划制定：利用BPWORKS软件，制定电站的埋地管道检查计划。

埋管检查：检查方法包括直接开挖目视检查、水压试验、导波检查、管道内壁视频检查、管道内壁测厚等。

目前国内运行核电站埋地管道的监检测和状态评价研究相对较少。近几年开始有了一些尝试，如埋地管道土壤腐蚀性调研、埋地管道腐蚀评价台架建立等。

2.3 国外埋地管道检查技术开发现状

目前埋地管道常常在埋地管道发生泄漏后才发现降质，对核电厂的正常运行有一定影响。近10年来，埋地管道检查技术开发一直是EPRI NDE小组工作的重点。以2014年为例，EPRI共资助导波直接检验能力评价、采用导波检查技术进行结构监测、导波探头新技术开发、透过涂层对埋地管道检查技术评价等10项检查技术。目前EPRI已经形成了一系列免开挖或者局部开挖的埋地管道内、外部检查技术，各类技术进行验证后可行。

3 国内埋地管道检查技术开发建议

目前埋地管道检查技术中，最常用的两种为导波检查和管道机器人检查。导波是EPRI重点推荐的埋地管道检查技术。该技术利用超声导波在管道介质中传播速度快、能量衰减小、频散较稳定的特点实现了对管道的大范围、快速、准确的检测，对管道内、外壁较大缺陷均可检测，可实现对管道缺陷全面、完整的覆盖[2]。当遇到管道内外壁腐蚀或缺陷引起的金属缺失时，由于管道横截面积（厚度）发生了改变，在缺损处就会有反射波返回，通过仪器分析由同一探头阵列检出的反射信号就可以探测到管道的内外部缺陷位置、大小和腐蚀情况。该技术在美国核电站已经有非常好的应用效果。而且前期国内石油化工行业也开展了超声导波对长输埋地钢质管道检测技术的研究，已经有相应的基础。管道机器人按照检测技术可分为视频检查机器人和超声波检测机器人。按照管道内运动方式，可以分为爬行机器人和水流推动机器人。管道机器人可检测的缺陷包括管壁异常、焊缝异常、机械损伤、内径异常、壁厚改变等[3]。

4 结论和建议

对国内外埋地管道降质案例、埋地管道相关法规规范、核电站埋地管道管理现状、埋地管道专项技术开发相关信息进行了收集和整理。可以看出，在美国开展埋地管道管理已经是强制性要求，并已投入大量资金进行了埋地管道检查技术开发。国内核安全监管机构已经关注到核电站埋地管道管理，要求跟踪EPRI埋地管道检查技术开发，适时开展埋地管道检查。

对中国核电站埋地管道管理，提出如下建议：（1）针对埋地管道开展全面的管理，包括：埋地管道资料收集，埋地管道筛选和检查计划制定等；（2）核电站埋地管道检测单位与石化行业多进行技术交流，促进埋地管道检查技术共同发展。