核电厂换料水箱底板检测与老化评估

徐 伟,李 楷

(国核电站运行服务技术有限公司，上海 200233)



核电厂换料水箱底板检测与老化评估

徐 伟,李 楷

(国核电站运行服务技术有限公司，上海 200233)

核电厂换料水箱用于存储放射性硼酸水溶液，并可用于事故工况下安全壳冷却。经长期运行，其底板可能发生腐蚀，甚至泄漏，影响核电安全运行。参考设计规范、失效机理分析和经验反馈对换料水箱底板进行了检测和评估，以确保其结构完整性，保证核电厂安全运行。

腐蚀；304L不锈钢；无损检测；核电厂

某核电厂换料水箱为圆柱形容器，高19.5 m，内径为11.8 m，顶部为6 mm的球形封头。容器壁从上到下分为七段,对焊而成，厚度由6.5 mm逐段过渡到31 mm。设计容量为1 600 m3，用于存放核岛放射性稀硼酸水溶液, 并可用于事故工况下安全壳冷却。换料水箱底板与混凝土地基之间通过36根螺栓固定，并衬有十几厘米厚的沥青。经长期运行，底板可能存在腐蚀问题，相关标准要求以10 a为周期进行检测[1]。本工作介绍了换料水箱底板检测方案编制、实施及老化状态评估的全过程。

1　检测方案编制

1.1检测对象

该换料水箱底板包含设计壁厚为6 mm的薄板和设计壁厚为20 mm的厚板，材料为304L不锈钢。底板最边缘一圈为厚板，其余为薄板，见图1。薄板间和薄板与厚板间为两向或三向搭接焊缝。薄板间搭接区域宽30 mm，薄板与厚板间搭接区域宽60 mm。厚板间为对接焊缝。

1.2失效机理分析

换料水箱内介质为放射性稀硼酸水溶液，容易引起底板腐蚀。温度超过80 ℃时，腐蚀速率增加[2],缺陷由内壁向外扩展。

换料水箱底板与混凝土地基之间通过沥青密封。若密封损坏，底板下表面可能接触环境中的雨水，可能会引起底板腐蚀。缺陷由外壁向内扩展。

类似机组同样设备的失效经验反馈表明，焊缝上的制造缺陷经长期运行后，易发生泄漏。若换料水箱底板发生泄漏，泄漏的硼酸水溶液会从底板边缘流出，或渗透到混凝土地基中，凝结于换料水箱底边缘或底板螺栓在下层房间顶棚露出的部分上[3]。

1.3检测方案

结合设计规范、失效机理分析和经验反馈，制定检测方案(表1)，使检测与评估工作满足标准和核电安全管理的要求。

表1　换料水箱底板检测方案Tab. 1　Inspection plan for the refueling water storage tank base

1.4验收准则

结合换料水箱设计规范书和相关标准，确定各检测方法的记录与验收准则，见表2。

2　检测结果

该容器于2004年5月投入使用，最大操作温度为60 ℃，最大操作压力为大气压力，该容器已累计使用约10 a。换料水箱底板的检测共发现9处锈蚀痕迹和1处液体渗透显示，见表3。上述检测结果的分布见图1，圆点代表锈蚀痕迹，方块代表液体渗透显示。

表2　换料水箱底板检测的记录与验收原则Tab. 2　Note and acceptance for the refueling water storage tank base

表3　换料水箱底板检测结果及结论Tab. 3　Results and evaluation for the refueling water storage tank base

容器内部检测共发现9处锈蚀痕迹，图2中列举了部分锈蚀痕迹的形貌。但经钢丝刷抛光后,渗透检测未见记录性显示，故可以排除其腐蚀问题。

距人孔约180°方位处的薄板与厚板间搭接焊缝上，液体渗透检测发现存在1个φ6 mm的圆形显示,见图3。去除显像剂后可判定该显示属焊缝成形不良，为深约3 mm的凹坑。检测完成后，技术人员对该缺陷进行打磨、补焊及补焊后的液体渗透检测。补焊后的液体渗透检测未发现记录性显示。

3　老化状态评估

目视检测发现了9处锈蚀痕迹,抛光后的液体渗透与超声检测排除了其腐蚀问题。这说明这些锈蚀仅存在于材料表面，而非腐蚀引起的深度方向的裂纹。这些锈蚀可能是由硼酸水溶液中夹带的金属碎屑发生腐蚀沉积而成。液体渗透发现了1处超标的圆形显示。修复后，该区域未再发现记录性缺陷。

结合设计规范和检测结果，该换料水箱底板的密封良好，无泄漏问题；底板母材未发现明显壁厚减薄，腐蚀裕量较大；底板焊缝区域内未见明显腐蚀裂纹。因此，换料水箱底板无明显老化问题，运行状态良好，安全裕度较高。

4　结论及建议

经检测，换料水箱底板未发现腐蚀或老化劣化问题。一处制造缺陷已修复。换料箱底板运行状态良好，安全裕度较高。建议适当延长检测周期，参考本检测方案进行复检。

换料水箱中介质为核岛放射性硼酸水溶液，化学成分要求极高。硼酸水溶液中引入任何杂质或杂

物都可能造成一回路压力边界的异常腐蚀或磨损，进而影响核电厂安全运行。因此须做好人员和物品进出的管理。

换料水箱中作业存在环境剂量和表面沾污风险，工作中须采用防水纸衣和呼吸面罩等防护措施。因此，参加防护用品操作培训，提高操作熟练度可大幅降低人员作业风险。此外，设置专职安全员，进行作业风险分析和编制应急预案等都是保证检测工作安全实施的有效手段。

[1]RCC-M 1997压水堆核岛机械设备设计和建造规则[S].

[2]张微啸,吴万军. 304L不锈钢在硼酸水溶液中的腐蚀行为[J]. 腐蚀与防护,2015,36(1):68-70.

[3]卢岳川,李成涛. 大亚湾核电站换料水箱底板渗漏分析与评估[J]. 原子能科学技术,2008,42(12):648-651.

Inspection and Ageing Evaluation of Refueling Water Storage Tank Bottom in a Nuclear Power Plant

XU Wei, LI Kai

(State Nuclear Power Plant Service Company, Shanghai 200233, China)

Refueling water storage tank is used to hold radioactive boric acid and could be used for containment cooling under accident condition as well. After long term using, the bottom of refueling water storage tank might be corroded and even leak, which will affect nuclear safety. According to design specification, failure mechanism analysis and failure feedback, inspection and evaluation of the tank bottom in a nuclear power plant were carried out, so that the integrity was ensured and the nuclear safety was obtained.

corrosion; 304L stainless steel; non-destructive inspection; nuclear power plant

10.11973/fsyfh-201609008

2016-02-17

徐 伟(1979-),工程师,硕士,从事材料腐蚀与防护相关工作,18930176877,18930176877@189.cn

TG174

A

1005-748X(2016)09-0727-03