核电厂管道的流体加速腐蚀及其老化管理
2020-01-19杜浩楠
杜浩楠
(南华大学核科学技术学院,湖南 衡阳 421001)
在核电厂管道运营的过程中,碳钢和就低合金钢材料的正常保护膜会在流体的腐蚀影响下对管道内原有的氧化膜产生影响,流体直接接触后会使得管道的氧化膜变薄,对管道的材料产生较强的影响性。核电厂管道材料在流体的影响下加速腐蚀,管道内氧化膜的溶解以及腐蚀的速率不断增加,给核电厂的运行产生较强的影响,给核电厂的安全运行产生较强的影响。本文分析了如何基于对管道内流体加速腐蚀因素的影响对管道的使用寿命进行有效延长,提出保障电厂安全运行的管道老化管理的措施。
1 影响核电厂管道流体加速腐蚀的因素
在现代能源中,核电是最安全、经济以及清洁的能源,发展核电有助于创建体坛生活,助力当代社会能源结构转型。在发展核电能源的时候最重要的是安全,为了确保核电机组的安全建造和有效运行,减少核电设备的腐蚀和失效,要确保核电管道的安全运行,在管理核电厂的时候建立二回路系统进行水质的确认,减少管道内流体对于管道材质的腐蚀,避免核电厂管道发生腐蚀问题,给核电厂的整体安全运行产生较大的影响。
核电厂内管道流动加速腐蚀在管道内部是一个局部腐蚀的过程,是物理过程和化学过程相互作用影响的机制,流动腐蚀的过程包括金属氧化、金属阳离子迁移、可溶性含铁组分解的电化学过程等,核电厂管道中的中介物质流动加速了h 腐蚀的过程,给黑电厂的管道材质产生较严重的影响,一旦核电厂的管道发生腐蚀,碳钢或低合金钢表面的保护氧化膜因为溶解的效应而减弱,使得保护的效应大大降低,长此以往会造成核电厂管道的管壁减薄,严重的时候也会因为管道突然破裂而发生灾难性的重大事故。
影响核电厂管道流动腐蚀过程的因素有许多,包括管道内流体的流速、管壁粗糙度、管路几何形状和流体含汽率等,这些因素的变化会影响核电厂管道的腐蚀速度。影响管道流动腐蚀速度的因素有:
(1)管道内流体的速度因素。当核电厂管道内流体介质速度降低时,管道内流体的速度增加和可溶性含铁的扩散边界加大使得管道内的腐蚀物质被带走使得管道的含铁成分降低,管道内的流速增大,管道内的氧化膜速率偏离于正常水平,管道内的腐蚀过程会加大,流体速度也在不断扩大,管道内的流体腐蚀过程加快,对管道壁面的剪切应力增大,最终影响管道材质的稳定性。
(2)管道内壁粗糙度因素。核电厂管道内壁的粗糙度对附近流体的速度产生一定的影响,最终流体的粗糙度产生的摩擦因子对流体的腐蚀速度进行了提升,给核电厂管道的运转和使用产生了一定的影响。
(3)管道几何形状因素。核电厂内管道的几何形状不同对管道内流体的流速分布产生了一定的影响,当管道内因为腐蚀等因素发生几何形状变化的问题时,管路内局部速率发生变化,部分几何形状的变化增加流体的速度以及湍流的程度,这样的过程中,管道内流体速度会加速腐蚀的过程。
(4)管道内流体含汽率因素。核电厂管道内流体介质的含汽率比较低的时候,管道内的整体蒸汽会发生流动混乱度的情况,这样混乱的蒸汽会减小管道内的传质阻力,管道内的腐蚀效应会逐渐增加,当管道内的流体含汽率达到一个较高的水平时,管道内的腐蚀速度会不断加快,给核电厂管道的安全运行产生较为严重的影响。
2 抑制核电厂管道流体加速腐蚀和老化管理的措施
核电厂在建立的过程中要重点对管线进行设计以及布置优化,在对管线进行改造的时候,核电厂的管道可以使用无碳钢材料,对无碳钢的材料进行使用标准的提升。在对管道布线进行设计的时候要综合考虑原有设备布局中存在的不足,降低系统老化等原有问题对于核电厂安全运转问题造成影响。
在优化核电厂核心系统的时候,要对原有的CI 系统的运转问题进行检验和核查,通过综合分析以及探究核电厂CI系统的老化原因,在系统筛选的过程中完善理论依据,借鉴国外先进的技术以及经验,对核电厂流体管理的CI 系统进行选择以及确认。对于CI 系统的筛选、检验以及确认,要对汽水分离再热系统进行选择,优化使用除氧器、高压加热器、低压加热器、蒸汽转换器、给水加热器疏水回收、汽动主给水泵、主给水泵疏水回收等系统进行控制以及确认,在核心系统确认之后优化各类配置硬件的选择,确保CI 系统可以优化和电厂的流体速度管理,提升对核电厂老化的管理效率,确保核电厂的整体运转安全性。
对于核电厂管道系统的管线筛选与使用,在确认了CI核心系统之后要慎重地选择适配的管线,因为管线是整个管道系统内最为重要的组成部分。只有严格地选择和确认管线的使用才可以确保核电厂内所有的管道可以在运转的时候发挥最大的功效。在制定管线筛选方案的时候,要依据管道的安装以及管线的布置位置进行选择,第一项要求是要符合管线的筛选标准,所有的管道直径都要大于50mm,管道的流速在1.5m/s 以上,所有管线材料都要是最基本的钢材料或者是合金钢。第二项要求是发挥同一个功效的管线要使用同样的材质,控制管道内的流速在1.5m/s 以,管道的直径在50mm 以下。第三项要求是管线必须是系统管线,所使用的材料符合不锈钢的标准。在对于管线进行安装后管理之后,要按照系统设计图进行相关性以及可行性的分析,对管线的分布以及管理进行校验,按照既定的周期对管线的功能以及运转的正常与否情况进行检验和监测,基于此才可以确保核电厂内所有的管线都发挥预定的运转效率。
在对于核电厂流体加速老化预防以及管理的过程中。要对管道的运转情况进行严格的监测以及管理,确保整个系统的使用性能都是最优的。在进行老化管理的过程中,根据核电厂不同设备对于管线的不同使用设备要求进行分析,调整管线的状态以及管理内部流体的运转情况,例如管线的西能是否符合内部流体的运转温度,确保核电厂管道的性能处于最佳的状态。同时,在进行管线设计以及布置的时候添加合金钢进行几何形状的加固等等,降低管道系统发生腐蚀的可能性。在管线设计的时候还可以根据实际管道运转的情况改进管道的结构和尺寸,降低湍流现象的发生,进而优化管道整体的老化管理,降低老化问题对核电厂设备功能产生的影响,使得核电厂正常运转,发挥最大功效。
当管道系统处于运转的过程中时,对于管线的老化改进和管理可以综合实际运转情况进行,改善系统的二回路水化学现象,调节管道内流体的PH 水平,降低流体的速率,减少管道腐蚀的速度。在对管道检测的时候,检测人员要重点检测管道的壁厚,优化流体的流转速率,定期检验管道是否发生渗漏的情况,进而让整个管道使用效率得到提升。实时监测核电厂管道所处的运转状态,分析调查检验到的数据的合理性,及时预判管道腐蚀和老化中可能存在的问题,事前做好控制和管理,为管道设计以及布置的优化积累经验,提升整合核电厂的运转效率和运转质量。
3 结语
为了确保核电厂的整体运转效率和运转的安全性,要对影响核电厂安全性的流体因素进行分析,分析流体对于管道腐蚀以及老化的影响,从管道内流体加速腐蚀的程度出发提出优化管理的措施,最大程度地保障核电厂管道的运转安全,提升核电厂管道的安全性,为整个核电厂功效的发挥奠定良好的基础。