核电站碳钢管系湿保养方法分析

张群伟

摘 要：碳钢管系在核电站设计和建造过程中大量采用，由于从电站建造初期到各管系调试运行间隔周期较长，空气中各类离子及水分会对空置碳钢管系造成腐蚀，对后续电站运行造成影响，湿保养相对而言成本较低，施工操作方便，效果稳定，因此研究碳钢管系湿保养方法将成为核电站运行前必须的步骤。

关键词：碳钢 湿保养 碱性 容积

中图分类号：TU392.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（c）-0067-02

在核电站建造和定期检修期间，为保证系统部件和管道的完整性，需要制定系统的保养原则，主要涉及核岛碳钢系统，例如二回路的辅助给水系统，设备冷却水系统等。同时对连续或定期进行流体循环或混合的系统或者部件（无滞留区）要进行保养，通常分为干保养和湿保养两种方式。干保养主要是通过向系统中冲入干燥空气或者惰性气体完成，其对于气体含氧量、湿度等要求较高，其操作和控制难度相对较大。而湿保养主要是向管系中充入一定PH值的碱性溶液进行保养，操作维护方便，成本低廉，将成为核电站碳钢管系保养的有效措施。

1 湿保养设计需求

碱性溶液所需临时用水应以不影响机组的正常、安全运行为前提条件。核岛安装阶段碳钢系统的湿保养用水仅为临时用水，不能利用核岛现有的除盐水分配系统和常规岛除盐水分配系统中现有的设备和固定管道，而应设计一套相对独立的临时装置。

采用加氨＼联氨或磷酸三钠的方式将除盐水的PH值从9调节到规范要求的10.5（压水堆核电站核岛机械设备设计与建造法则规范中F6000规定，碳钢系统在水压试验后应进行湿保养，湿保养用水水质要求PH为10.5）。

（1）.“工作流体通常经磷酸三钠处理的系统”的碳钢管的湿保养用水由除盐水加磷酸三钠配制而成，加药量为32mg/L。

（2）.其余碳钢管道的湿保养用水由除盐水加联氨和氨配制而成。加药量为联氨200 mg/L，氨0.0748 mg/L。

2 湿保养装置总体方案

装置主要分为进水系统、混合水箱以及充水系统三部分组成。

（1）.进水系统：主要提供湿保养装置所需除盐水，就近选择供水口，同时根据供水口压力，必要时设计给水泵，确保湿保养装置供水稳定性。

（2）.混合水箱：为湿保养装置的核心设计，承担药液储存、搅拌以及废液收集、排放的功能，其参数选择直接影响整个系统的使用情况。

（3）.充水系统：将混合水箱中符合水质要求的药液按照水壓回路充入碳钢系统中，进行湿保养。

3 湿保养装置难点设计分析

碳钢湿保养装置设计难点为混合水箱设计。主要为安放位置、结构设计、材料选型、容积设计以及各类设备参数选择。

3.1 安放位置

水箱的安放位置需要进行现场确认，安放空间的大小，直接影响水箱设计容积。核岛内部位置有限，且处于施工状态，同时所使用药品（氨或联氨）属于易挥发性，在密闭或通风性能差的环境，容易产生事故；打压回路较多，各回路系统入口又分散不均，水箱设备众多，不易移动，因此需要选择系统入口较多且空间开阔、通风性能好的区域。

3.2 结构设计

根据碳钢系统湿保养总体方案原理图，混合水箱需要设计水箱本体、循环泵以及循环管线（含阀门）等。同时根据实际情况，为保证药液PH值达到标准，且水质均匀，增加设计搅拌装置（螺旋桨）。

3.3 水箱材料

湿保养装置所装介质为pH=10.5的碱性容易，使用常用的不锈钢钢板加工会产生腐蚀，因此使用压力容器用钢P265GH，对应国标为20R或者20g，根据当地市场采购情况，采用20g钢板，最小厚度为6 mm。该装置使用周期长，为了有效避免碳钢钢板腐蚀，水箱外部进行刷漆处理，内部进行喷砂防锈，非使用期间进行碱性溶液自保养状态。

3.4 水箱容积

水箱容积确定将影响到整个系统的设计模式：一次充满回路和多次充满回路（通过在碳钢系统回路设置阀门进行多次充满控制）。按照前者考虑，核岛碳钢系统所涉及回路80余个，其中最大系统容积为约84m3，最小回路容积不到1m3，如果水箱以最大容积为有效容积（不包括溢流管口位置以上容积）进行设计，确保一次充满回路，则所需空间面积巨大，且进行最小回路冲水时，由于所需药液量过少，会造成循环泵无法启动以及药液浪费，因此该方案不可行。

通过对所有需要进行湿保养的碳钢回路容积进行计算分析（大量回路容积在30 m3左右，所以假设以30 m3为分界点统计），小于30 m3的回路约65个，占总系统回路总数约80%；大于30 m3的回路约占15个，占回路总数约20%，如果设计水箱有效容积为30立方米左右，则对于较大回路进行分3至4次充液，确保一个正常工作日内完成（考虑药品具有挥发性，时间较长将影响药液浓度和pH值）。对于较小系统可以采取多个系统同时充药液保养，同时设置一个分水器相对而言也比较合理。故选择多次充满回路的方式进行设计，水箱初步外形尺寸选择3m×3m×3.5m（长×宽×高），有效容积为29m3，根据该尺寸可以按照矩形水箱设计标准进行溢流管、进水口以及循环进水口位置设计。

3.5 主设备参数选择

考虑系统介质为碱性溶液以及使用周期，所以泵类型必须选择耐酸碱离心泵。其主要涉及参数为扬程、流量以及出口法兰尺寸。水泵工作环境为常温常压状态下。从0m标高到核岛碳钢系统最高点约+25m为计算条件，同时水箱的有效容积为29m3，同时满足碳钢回路最大容积充满药液需要大约四次，保证一个工作日内保养完毕，以及考虑经济成本，确定泵流量为50m3/h。由于将泵的进口管线和水箱最底部设计标高一致，因此水泵进水口的吸水扬程不予以考虑（一般泵吸水扬程都可以满足该装置），本设计主要考虑泵出口处扬程，水泵总扬程选择50m。结合流量与扬程，考虑泵出口所接管线应方便现场操作原则，可选择DN80泵出口尺寸。

4 装置使用说明

通过所提供的合格除盐水，注入混合水箱，使用量具称出药品，通过水箱顶部人孔投药，关闭和开启相应阀门，通过循环泵进行药液循环搅拌，同时开动搅拌器进行搅拌，混合搅拌适当时间后，使用pH值测试仪进行测量，为保证所测试药液pH值是否均匀，可以设定人孔，以及排污口为测量点进行测量。药液合格后，关闭循环阀门，将药液充入系统回路中，如果药液不合格，则该过程重复操作。对于碳钢系统中充满的药液根据规定定期测量PH值，如果不合格，可以使用该装置进行重新注入。

5 结论

随着我国经济建设的蓬勃发展，核电应用会越来越广泛，作为核电站碳钢系统保养的有效措施之一，湿保养装置凭借其造价低、操作方便等特点，将对后续核电站设计和建造起到重要作用。

参考文献

[1] 电站常用阀门手册.中国电力出版社 2000年.

[2] 机械设计手册.机械工业出版社，2000.

[3] 管道设计手册.化学工业出版社，2007.

[4] 压水堆核电站核岛机械设备设计与建造法则，2000.