核电厂埋地管道管理方法实践

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(国核电站运行服务技术有限公司，上海 200233)

随着核电厂运行时间的延长，埋地管道的劣化将会成为核电业主们不得不面对的一个重要问题。环境因素和运行工况是造成埋地管道结构完整性被破坏及其预设功能下降的主要原因[1-2]，因此，核电厂需要针对劣化严重的相关部件进行维修或替换。国外运行经验表明，当核电厂运行时间超过10 a时，埋地管道的失效情况将会越来越多(如Palo Verde核电厂、Salem核电厂以及Watts Bar核电厂等均发生过埋地管道泄漏失效事件，并导致放射性物质进入土壤[3]；国内某核电厂安全厂用水搅混管线发生喷水现象、常规岛某埋地玻璃钢管道发生泄漏)，这对核电机组的正常运行以及安全生产将会产生显著影响。因此对埋地管道系统进行安全、可靠性管理具有非常重要的意义。本工作介绍了核电厂埋地管道的基本情况，并从工程实践方向阐明核电厂埋地管道的管理方法。

1 核电厂埋地管道系统

核电厂埋地管道系统包括安全相关以及非安全相关的系统，常见的系统包括：安全厂用水系统、非安全厂用水系统、循环水系统、辅助冷却水系统、废液排放系统、气体系统、生活水系统、消防系统等。核电厂埋地管道涉及到的材料主要包括碳钢、铸铁、不锈钢、钢筋混凝土、玻璃钢等。常见的管道保护方式有涂层、内衬、阴极保护以及各种保护方式组合使用。

2 腐蚀机理及其失效形式

对于金属管道，依据腐蚀机理以及其失效形式将腐蚀分为以下三类：壁厚减薄型、开裂以及冶金效应导致的材料性能发生变化。由于埋地管道所处环境的特殊性(内表面流体、外表面土壤)，因此将会产生内外两种劣化形式。

3 核电厂埋地管道管理方法实践

核电厂埋地管道管理应从全寿期管理角度出发，实现管道的全面管理。通过工程实践将埋地管道管理分为以下四个阶段：基础阶段、检测阶段、修复阶段以及缓解阶段。

3.1 基础阶段

基础阶段的工作主要内容包括确立埋地管道系统管理对象、收集与整理埋地管道基础信息、建立埋地管道系统三维可视化系统(如图1所示)、管道部件风险分级等。

图1 三维可视化系统Fig. 1 Three-dimensional visualization system of buried piping

收集与整理的管道基础信息包括但不限于管道的设计施工图、运行参数包括温度、压力以及介质、厂内外失效经验反馈与总结等，通过数据整理明确管道的材质、埋深以及走向等信息；同时明确管道功能、运行工况以及失效后果。将收集到的信息编制成基础信息表，作为管道进一步分级的依据。绘制管道轴测图建立埋地管道三维可视化系统。

依据管道失效的可能性并结合管道失效后果的严重性，对管道管段及其部件进行风险分级。管道系统发生泄漏或其承载介质能力降低，认定管道失效。依据失效机理将失效可能性分为以下三类：高、中、低。依据环境、安全和健康目标对失效后果严重性进行评估，将严重性分为高、中、低、无四类。失效可能性与失效后果严重性结合成以下七类风险类别，详见图2。

基础阶段的内容详见图3。

图2 风险分级矩阵Fig. 2 The matrix of risk ranking

图3 基础阶段Fig. 3 The initial stage

3.2 检测阶段

埋地管道检测工作是其管理的重点与难点。这是因为埋地管道的可达性很差，常规检测手段无法满足检测要求，给检测工作带来极大的挑战。埋地管道检测方法包括直接检测与间接检测两种。

直接检测即局部开挖或管道开口时实施的检测，包括目视检查、超声导波检测以及仪表小车检测设备等[4]。

目视检查主要是指管道内部间接目视检查，采用视频检测方法可以及时发现管道内存在的沉积、腐蚀严重的区域和局部泄漏点等问题。视频检测可用来检测干管与湿管系统。对于湿管系统，当液体比较浑浊时，将会降低视频检测质量。目视检测工具包括光纤内窥镜、管道镜、视频检测爬行器等。

(超声)导波检测可以反映有缺陷的管道横截面的面积损失率，用于粗检。导波检测的距离取决于管道涂层的类型以及土壤紧实度等因素。导波检测优点在于可以精确反映管道横截面面积损失率，但同时也存在诸多限制，如检测信号无法反应缺陷尺寸，信号无法透过弯头、三通、阀以及其他管道部件，传感器附近的缺陷难以被发现。

仪表小车检测设备包括超声测厚装置、漏磁测量装置等。

间接测量为非接触式(非开挖)检测方法，此类方法主要在地面实施，用来检查管道涂层的质量以及杂散电流等，依据涂层质量来判定埋地管道外表面腐蚀情况。常见的检测方法为电磁电势梯度法，常见的检测设备有PCM、探地雷达、SCM杂散电流检测设备等。检测方法见图4。

图4 检测方法Fig. 4 Inspection methods

工程实践中采用工业视频检测爬行器对某电厂埋地玻璃钢管线进行检查，成功找到了泄漏点并清除了管道内小块异物。浑浊的液体对视频清晰度影响较大，探头移动过程中需要缓进缓出。实践表明使用PCM+检测金属管道埋深、走向以及防腐蚀层质量时，应避开复杂管网区域，杂散电流对设备检测结果影响较大。目前MsS磁致伸缩超声导波可实现30 m直管检测，精度可达3%。

3.3 修复阶段

修复检测阶段发现的问题，常用的修复方法包括焊接修复与非焊接修复两种。任何一种修复计划都需要考虑以下几方面因素：修复对管道流量的影响；修复材料与运行环境以及假定事故环境的兼容性；修复材料的机械性能以及安装要求符合标准规范；考虑下次检测与替换的周期。

常用的焊接修复包括管段替换、角焊缝修补、外表面对焊、套管焊接修补等。常用的非焊接修复方法包括内衬注入技术、夹具修复、螺纹修复、螺栓漏箱修复等。修复阶段需完成失效部件原因分析并制定下次的检测计划。

实践中针对腐蚀比较严重或破裂的管段采用管替换的方式进行修复，对于泄漏点的修复常采取角焊缝补焊或套管焊接的方式进行修复，新增的焊缝将成为失效的薄弱环节。焊后须对焊缝进行无损检测，以确保修复行动的有效性。

3.4 缓解阶段

针对失效原因实施相应的缓解措施可以有效延缓埋地管道的腐蚀劣化，降低腐蚀现象的发生概率，延长埋地管道的服役寿命。常用的缓解措施包括：水处理[5](添加微生物杀灭剂、沉积物控制剂、腐蚀抑制剂等)、管道内表面定期清理、采用合适的涂层与内衬以及阴极保护等。

工程实践中缓解的重点在于管内流体质量的控制。采用BioGERGRE微生物膜监测系统可以有效监测海水管道系统微生物含量以及生长情况，从而优化加药时机以及药量控制。

4 结论和建议

迄今，已在国内某核电厂开展埋地管道相关工作，建立埋地管道管理大纲，编制了埋地管道基础信息数据库、实现了管段部件分级以及三位可视化管理系统的建立，并采用PCM+、内窥镜以及面测厚等对埋地管道进行检测，但在维修与缓解阶段工作涉及不多，这也是今后工作的重点。

采用老化管理大纲模式对核电厂埋地管道进行管理，整体思路与国外电厂管理经验类似。不同的是在基础阶段应用三维可视化管理系统实现埋地管道的可视化以及数据库管理，为数字化电厂的建立提供基础。

对埋地管道管理工作提出以下几点建议：

(1) 针对核电厂埋地管道要实现全面管理，需要建立完善的管道基础信息数据库、编制检测计划，并对检测发现的问题进行分析与处理，实施合适的修复措施并制定相应的缓解维护措施；

(2) 核电业主建立埋地管道合作交流平台，实现数据实时共享，加强厂内外管理经验交流，同时加大对埋地管道的关注度；

(3)检测行业积极研究与开发有效的埋地管道的检测方法，提高检测的有效性。

[1] 王智平，李霞，刘展，等. 埋地管道受到腐蚀的可靠性分析与计算[J]. 机械强度，2005，27(3)：1-4.

[2] LOS A，MUNSON D. An assessment of industry needs for control of degradation in buried pipe[J]. EPRI，2008，1016276(3)：2-9.

[3] ANTAKI G. Recommendations for an effective program to control the degradation of buried and underground piping and tanks[J]. EPRI，2010，1021175(12)：9-13.

[4] PALO A. Buried pipe condition assessment with instrumented vehicles[J]. EPRI，2003，1007947(9)：19-23.

[5] PALO A. Water treatment strategies: microorganism control[J]. EPRI，2004，1009598(12)：43-45.