从布置设计角度优化核电管道防腐设计

房继军+徐国飞+褚松良

【摘 要】管道的腐蚀除与管道管件的材质、流体性质、流体状态和管道所处的环境因素有关之外，管道布置设计也会对管道的腐蚀产生影响，在管道布置设计时，应尽量避免不利于管道防腐的布置和结构设计，从而减缓管道的腐蚀速度。本文主要从管道的支架布置、管道的走向布置、管件的结构设计等方面，结合核电工程案例分析布置设计如何减缓管道的防腐和优化设计。

【关键词】管道；布置；腐蚀

0 引言

管道的腐蚀现象普遍存在，如何从布置设计角度减缓和避免腐蚀，对于核电站安全稳定的运行有着重要意义。因此各国核电站布置设计人员都十分重视防腐工作。

1 概述

管道的腐蚀除与管道管件的材质、流体性质与流体状态和管道所处的环境有关外，管道布置也会对管道的腐蚀产生影响，在管道布置设计时，应尽量避免其对管道防腐的消极影响。图1表示了布置与管道的腐蚀的关系，布置包括管道管件的布置设计和管架、管道衔接部件的结构设计。

影响管道腐蚀的因素很多，如材料、结构、表面状态、温度、pH值、压力，涉及物理和化学等多学科。对于材料质地，如20+Gr碳钢材料的使用，碳钢表面的氧化膜含有Cr可形成-Fe3XCrO4尖晶石氧化膜，它比Fe3O4的溶解度要低很多，可以减少流动加速腐蚀的作用。温度包括环境温度和介质温度，温度将提高腐蚀的速度。布置设计主要通过改善管道的上述影响因素，从而完善防腐设计。

2 布置设计减缓管道的腐蚀

核电站中管道布置包括：管道支架的布置、管道焊缝的位置设计、管道走向设计、管道装置部件的布置和管道连接部件的布置。核电站的管道布置密集，因此防腐设计的任务更加重要。同时，腐蚀是不可避免的，因此布置工种还应该考虑合理的布置有利于管道的在役检查。下面结合实例，说明减缓腐蚀的布置设计措施。

2.1 管道支架的布置

管道支架的间距不宜过大，否则会促进腐蚀。管道投入运行后，在管内介质和管道自身重量的作用下，管道产生下沉，使直线管段形成弯曲管段（见图2），产生弯曲应力，使管道接口处承受应力，引起应力腐蚀，造成管道磨损、变形、移位，形成渗漏。另外由于管道下沉弯曲，在弯曲的部分易沉淀赃物，堵塞管道，加速管道的磨损腐蚀。在停运时期，下沉弯曲部分形成滞留死水区也会产生促进腐蚀。

2.2 管道的走向设计

管道的布置宜做到逐级增高，或逐级降低，避免“气袋”和“液袋”布置，如果确实需要π型补偿器（见图3），应根据操作和检修的要求设置防空（排气）、放净（排水）。管道布置宜少拐弯，靠重力自流的给排水管道要保证坡度。这样布置能够有效地减少管道因流体冲刷产生的磨损腐蚀和未放净的溶液滞留产生的点蚀。

上述管道的走向设计是为了避免积存液体和气体聚集，其关键点就在于防止电化学腐蚀，例如吸氧腐蚀和析氢腐蚀。化学方程如下：

2.3 管道焊缝的位置设计

为了满足在役检查的需要，焊缝不宜密集，焊缝的位置应便于焊接及检查。避免将焊缝布置在管道或支架的应力集中处。

3 结构设计减缓管道的腐蚀

3.1 管道的连接形式设计

海水系统管道易出现电偶腐蚀现象，如母管与温度测量仪表管、流量测量仪表管连接处存在严重的局部壁厚减薄现象。电偶腐蚀的机理是两种不同电位金属构成的宏观原电池的腐蚀，对于此种情况，海水管的母管与仪表管，必须使用不同金属管道进行组合时，在设计中应采用绝缘措施。如图4和图5所示通过法兰连接和绝缘垫片的应用，焊接改为法兰连接并保证电偶对的隔离从而有效的防止电偶腐蚀。

3.2 支架的结构设计

管道支架结构设计要考虑到支架与管道的温差，支架根据情况也需保温保冷，或者添加绝热层，避免热的管道与冷支架，发生冷凝液腐蚀和热电腐蚀。支架的设计还应考虑易于清扫除尘，防腐上漆的可操作，对于一些有耐腐蚀覆层的不允许焊接管道，不宜使用焊接型支架，宜采用管卡型支架。此外，阀门支架也应考虑材料质地，避免电位腐蚀，如果要使用异种金属，阀门的辅助支架卡箍要加垫圈避免直接接触。

3.3 管道的保温保冷设计

防止冷凝液腐蚀的发生不仅与结构设计有关还包括隔热设计，合理的隔热设计能够避免、限制或延迟管道内介质的凝结，减少传输过程中的介质的“温升”或“温降”，避免热量和冷量的损失，有利于管道的防腐。

4 其它防腐措施之一：在役检查

腐蚀是不可能完全避免的，只能减缓其速度。通过对有可能发生腐蚀的管道布置设计进行分析总结。那些不能避免并易发生腐蚀的重要管道，将进行在役检查。在役检查有效防止因腐蚀造成的管道破裂等事故。布置设计通过改良避免那些不合理的设计，有助于更好的防腐。

5 结论

虽然管道的腐蚀是不可避免的，但是通过合理的管道布置、优选的管道和支架的结构设计、有效的保温和保冷、严格的制造、运输、安装管理、认真负责的在役检查，可减缓管道的腐蚀。使得核电站的管道系统更安全稳定的正常运行。从而有效保障核电厂的安全和避免事故的发生。

【参考文献】

[1]宋岢岢，主编.压力管道设计及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2007，7.

[2]范瑞波.核电站循环水二次滤网腐蚀问题探究[J].东北电力技术，2007，9：31-33.

[3]张毅雄，等.多级节流孔板在核级管道中的应用[J].核动力工程，2009，4：71-74.

[4]李平瑾，徐道荣，主编.锅炉压力容器焊接技术及焊工问答[M].北京：机械工业出版社，2004，1：109.

[5]黄琨.岭澳核电站二期给水管道流动加速腐蚀的控制与改进[J].科技信息，2009（27）.

[6]王景文.热力管道的腐蚀与防护[J].中州大学学报（第23卷第1期），2006，1.

[7]王芸，逯国英.运行中管道下沉（移动）的计算方法[Z].油气田地面工程（第29卷第4期），2010，4.

[8]中国腐蚀与防护学会，主编.许维钧，马春来，沙仁礼，等，编.核工业中的腐蚀与防护[M].北京：化学工业出版社，1993，11.

[责任编辑：杨玉洁]