冰塞技術(shù)在核電廠的應(yīng)用

朱友學(xué)（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

冰塞技術(shù)在核電廠的應(yīng)用

朱友學(xué)
（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

冰塞是一種隔離維修手段，對(duì)于系統(tǒng)無法用常規(guī)手段隔離的情況，如核電廠某些特殊系統(tǒng)，使用冰塞是很有效的。目前國(guó)內(nèi)某些核電廠已經(jīng)運(yùn)用，本文對(duì)冰塞技術(shù)做簡(jiǎn)要介紹。

冰塞；核電；隔離

對(duì)于核電站系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障需要隔離檢修，而有時(shí)通過系統(tǒng)運(yùn)行手段無法隔離，或隔離需要造成大量放射性介質(zhì)排放，或介質(zhì)排放可能影響機(jī)組安全性。對(duì)于這種情況而發(fā)展出的冰塞技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)介質(zhì)不排空的前提下，對(duì)設(shè)備實(shí)施隔離。冰塞技術(shù)雖然在國(guó)外已在使用，但在國(guó)內(nèi)也只有少數(shù)核電廠使用，如秦山、田灣、福清等。

2　冰塞方法介紹

原理：冰塞是通過低溫制冷系統(tǒng)將管道內(nèi)的液態(tài)介質(zhì)進(jìn)行局部冷凍，使介質(zhì)在管道內(nèi)形成的一段冰狀封堵，將介質(zhì)隔離開來并可以承受一定的壓差，用以實(shí)現(xiàn)在線隔離。

冰塞的冷凍分為四個(gè)階段，即冰塞的制作——形成后的判斷——冰塞的維持——冰塞的解凍。其中以冰塞的形成和冰塞的維持最為關(guān)鍵。冰塞的制冷劑常用液態(tài)二氧化碳和液氮，這兩種制冷劑無毒，對(duì)環(huán)境無污染，其中液態(tài)二氧化碳?xì)饣瘻囟仁?78℃，液氮溫度更是低于-196℃，對(duì)于大口徑的管道可以考慮使用液氮冰塞。

液態(tài)二氧化碳冷凍工具是由儲(chǔ)存液態(tài)二氧化碳的儲(chǔ)罐，輸送液態(tài)二氧化碳的高壓軟管和收集干冰的布袋所組成。通過多次對(duì)管道的冷凍，我們得到液態(tài)二氧化碳的基本冷凍方法：在管道溫度低于30℃以下，向布袋輸送一定量的液態(tài)二氧化碳，在充滿布袋1/3～2/3并將管道包裹后，停止供給液態(tài)二氧化碳，利用干冰的升華吸熱繼續(xù)冷凍管道，冷凍過程中，管壁溫度會(huì)逐漸回升，當(dāng)回升至-10℃左右后，再次供給液態(tài)二氧化碳。循環(huán)此過程，至形成冰塞。

液氮冷凍通過兩段低壓輸送金屬軟管將液氮杜瓦瓶中的液氮輸送至液氮夾套中。利用液氮在夾套中的蒸發(fā)吸熱將管道內(nèi)的介質(zhì)冷凍。利用熱電阻測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)管壁溫度。液氮冷凍系統(tǒng)由低壓輸送金屬軟管、液氮杜瓦瓶?jī)?chǔ)罐、自制液氮冰塞夾套、熱電阻測(cè)溫儀組成。通過對(duì)多管徑多次的冷凍試驗(yàn)得出液氮冷凍的方法：將液氮冷凍系統(tǒng)連接組裝完畢，打開杜瓦瓶液相閥，將液氮輸送至液氮夾套中，并在冷凍過程中使液氮夾套中的液氮充滿夾套的2/3體積。開始監(jiān)測(cè)管壁溫度，當(dāng)冰塞形成過程中，管壁中心溫度由不低于-80℃，當(dāng)冰塞形成后，管壁中心溫度開始快速下降，離開液氮夾套邊緣20mm處溫度降至-30℃以下。

干冰與液氮冷凍方法的比較：干冰冷凍能力較液氮弱，只適合冷凍較小管徑的冷凍，對(duì)較大管道的冷凍，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，冷卻劑使用量大。液氮冷凍可冷凍更大管徑的管道。干冰冷凍設(shè)備輕便，安裝方便。液氮冷凍設(shè)備較大，安裝較復(fù)雜。干冰冷凍溫度較高，對(duì)管道實(shí)施冷凍，不會(huì)形成較低的溫度，安全性較高。液氮冷凍溫度較低，控制不當(dāng)，會(huì)對(duì)管道形成較低的溫度，安全性能受到一定影響。

從金相分析，碳鋼管的冰塞部位與遠(yuǎn)離冰塞部位的顯微組織無明顯差別；不銹鋼管的冰塞部位與遠(yuǎn)離冰塞部位的顯微組織也無明顯差別。所以核電現(xiàn)場(chǎng)冰塞試驗(yàn)對(duì)碳鋼管及不銹鋼管的顯微組織無明顯影響。

圖1　碳鋼的拉伸性能比較Fig.1 Tensile properties of carbon steel

對(duì)比冰塞前后的管道材質(zhì)，在冰塞位置和遠(yuǎn)離冰塞位置的碳鋼管和不銹鋼管的顯微組織沒有明顯變化，碳鋼均為鐵素體加珠光體組織，不銹鋼均為奧氏體組織。碳鋼管和不銹鋼管的冰塞部位的強(qiáng)度略高于遠(yuǎn)離冰塞部位的強(qiáng)度，但斷后伸長(zhǎng)率變化不大。這是因?yàn)榻?jīng)過冰塞試驗(yàn)，材料經(jīng)過冷熱循環(huán)，內(nèi)應(yīng)力增加，所以使冰塞部位的材料強(qiáng)度略高。同樣，碳鋼管和不銹鋼管的冰塞部位的沖擊性能也略高于遠(yuǎn)離冰塞部位的沖擊性能。冰塞部位和遠(yuǎn)離冰塞部位的碳鋼管和不銹鋼管的強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因此，判斷冰塞對(duì)材料的斷裂性能并無實(shí)質(zhì)性的影響。

3　結(jié)語

冰塞的使用受多種因素的制約，在國(guó)內(nèi)沒有詳細(xì)的指導(dǎo)書對(duì)冰塞制作的整個(gè)過程給予系統(tǒng)準(zhǔn)確的指導(dǎo)。國(guó)內(nèi)國(guó)外的氣候環(huán)境不盡相同，無法完全借鑒他人的數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)。需要我們自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)數(shù)據(jù)及積累經(jīng)驗(yàn)，形成適合自身的冰塞技術(shù)。

［1］ 王元清，王曉哲，武延民.結(jié)構(gòu)鋼材低溫下主要力學(xué)性能指標(biāo)的試驗(yàn)研究［J］.工業(yè)建筑，2001，（31）：112-113.

［2］ 龍期威.低碳鋼的斷裂韌性和屈服強(qiáng)度的低溫溫度依賴性［J］.金屬學(xué)報(bào)，1985，（21）：75-76.

Application of Ice Plug Technology in Nuclear Power Plant

ZHU You-xue
（Jiangsu Nuclear Power Corp，Lian yun gang 222042，China）

Ice plug is a isolation and maintenance method，the systemcan not be isolated by conventional means，such as nuclear power plant some special system，the use of ice plug is very effective.At present，some nuclear power plants have been used in China，and this paper gives a briefintroduction ofice plugtechnology.

Ice plug；Nuclear power；Isolation

TM623

A

1674-8646（2015）08-0007-01

2015-06-16

朱友學(xué)（1987-），男，江蘇連云港人，學(xué)士，助理工程師，從事核電、熱能與動(dòng)力工程研究。