核電廠換料水箱底板檢測與老化評估

徐 偉,李 楷

(國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233)

?

核電廠換料水箱底板檢測與老化評估

徐 偉,李 楷

(國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233)

核電廠換料水箱用于存儲放射性硼酸水溶液，并可用于事故工況下安全殼冷卻。經(jīng)長期運(yùn)行，其底板可能發(fā)生腐蝕，甚至泄漏，影響核電安全運(yùn)行。參考設(shè)計規(guī)范、失效機(jī)理分析和經(jīng)驗反饋對換料水箱底板進(jìn)行了檢測和評估，以確保其結(jié)構(gòu)完整性，保證核電廠安全運(yùn)行。

腐蝕；304L不銹鋼；無損檢測；核電廠

某核電廠換料水箱為圓柱形容器，高19.5 m，內(nèi)徑為11.8 m，頂部為6 mm的球形封頭。容器壁從上到下分為七段,對焊而成，厚度由6.5 mm逐段過渡到31 mm。設(shè)計容量為1 600 m3，用于存放核島放射性稀硼酸水溶液, 并可用于事故工況下安全殼冷卻。換料水箱底板與混凝土地基之間通過36根螺栓固定，并襯有十幾厘米厚的瀝青。經(jīng)長期運(yùn)行，底板可能存在腐蝕問題，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求以10 a為周期進(jìn)行檢測[1]。本工作介紹了換料水箱底板檢測方案編制、實施及老化狀態(tài)評估的全過程。

1　檢測方案編制

1.1檢測對象

該換料水箱底板包含設(shè)計壁厚為6 mm的薄板和設(shè)計壁厚為20 mm的厚板，材料為304L不銹鋼。底板最邊緣一圈為厚板，其余為薄板，見圖1。薄板間和薄板與厚板間為兩向或三向搭接焊縫。薄板間搭接區(qū)域?qū)?0 mm，薄板與厚板間搭接區(qū)域?qū)?0 mm。厚板間為對接焊縫。

1.2失效機(jī)理分析

換料水箱內(nèi)介質(zhì)為放射性稀硼酸水溶液，容易引起底板腐蝕。溫度超過80 ℃時，腐蝕速率增加[2],缺陷由內(nèi)壁向外擴(kuò)展。

換料水箱底板與混凝土地基之間通過瀝青密封。若密封損壞，底板下表面可能接觸環(huán)境中的雨水，可能會引起底板腐蝕。缺陷由外壁向內(nèi)擴(kuò)展。

類似機(jī)組同樣設(shè)備的失效經(jīng)驗反饋表明，焊縫上的制造缺陷經(jīng)長期運(yùn)行后，易發(fā)生泄漏。若換料水箱底板發(fā)生泄漏，泄漏的硼酸水溶液會從底板邊緣流出，或滲透到混凝土地基中，凝結(jié)于換料水箱底邊緣或底板螺栓在下層房間頂棚露出的部分上[3]。

1.3檢測方案

結(jié)合設(shè)計規(guī)范、失效機(jī)理分析和經(jīng)驗反饋，制定檢測方案(表1)，使檢測與評估工作滿足標(biāo)準(zhǔn)和核電安全管理的要求。

表1　換料水箱底板檢測方案Tab. 1　Inspection plan for the refueling water storage tank base

1.4驗收準(zhǔn)則

結(jié)合換料水箱設(shè)計規(guī)范書和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定各檢測方法的記錄與驗收準(zhǔn)則，見表2。

2　檢測結(jié)果

該容器于2004年5月投入使用，最大操作溫度為60 ℃，最大操作壓力為大氣壓力，該容器已累計使用約10 a。換料水箱底板的檢測共發(fā)現(xiàn)9處銹蝕痕跡和1處液體滲透顯示，見表3。上述檢測結(jié)果的分布見圖1，圓點代表銹蝕痕跡，方塊代表液體滲透顯示。

表2　換料水箱底板檢測的記錄與驗收原則Tab. 2　Note and acceptance for the refueling water storage tank base

表3　換料水箱底板檢測結(jié)果及結(jié)論Tab. 3　Results and evaluation for the refueling water storage tank base

容器內(nèi)部檢測共發(fā)現(xiàn)9處銹蝕痕跡，圖2中列舉了部分銹蝕痕跡的形貌。但經(jīng)鋼絲刷拋光后,滲透檢測未見記錄性顯示，故可以排除其腐蝕問題。

距人孔約180°方位處的薄板與厚板間搭接焊縫上，液體滲透檢測發(fā)現(xiàn)存在1個φ6 mm的圓形顯示,見圖3。去除顯像劑后可判定該顯示屬焊縫成形不良，為深約3 mm的凹坑。檢測完成后，技術(shù)人員對該缺陷進(jìn)行打磨、補(bǔ)焊及補(bǔ)焊后的液體滲透檢測。補(bǔ)焊后的液體滲透檢測未發(fā)現(xiàn)記錄性顯示。

3　老化狀態(tài)評估

目視檢測發(fā)現(xiàn)了9處銹蝕痕跡,拋光后的液體滲透與超聲檢測排除了其腐蝕問題。這說明這些銹蝕僅存在于材料表面，而非腐蝕引起的深度方向的裂紋。這些銹蝕可能是由硼酸水溶液中夾帶的金屬碎屑發(fā)生腐蝕沉積而成。液體滲透發(fā)現(xiàn)了1處超標(biāo)的圓形顯示。修復(fù)后，該區(qū)域未再發(fā)現(xiàn)記錄性缺陷。

結(jié)合設(shè)計規(guī)范和檢測結(jié)果，該換料水箱底板的密封良好，無泄漏問題；底板母材未發(fā)現(xiàn)明顯壁厚減薄，腐蝕裕量較大；底板焊縫區(qū)域內(nèi)未見明顯腐蝕裂紋。因此，換料水箱底板無明顯老化問題，運(yùn)行狀態(tài)良好，安全裕度較高。

4　結(jié)論及建議

經(jīng)檢測，換料水箱底板未發(fā)現(xiàn)腐蝕或老化劣化問題。一處制造缺陷已修復(fù)。換料箱底板運(yùn)行狀態(tài)良好，安全裕度較高。建議適當(dāng)延長檢測周期，參考本檢測方案進(jìn)行復(fù)檢。

換料水箱中介質(zhì)為核島放射性硼酸水溶液，化學(xué)成分要求極高。硼酸水溶液中引入任何雜質(zhì)或雜

物都可能造成一回路壓力邊界的異常腐蝕或磨損，進(jìn)而影響核電廠安全運(yùn)行。因此須做好人員和物品進(jìn)出的管理。

換料水箱中作業(yè)存在環(huán)境劑量和表面沾污風(fēng)險，工作中須采用防水紙衣和呼吸面罩等防護(hù)措施。因此，參加防護(hù)用品操作培訓(xùn)，提高操作熟練度可大幅降低人員作業(yè)風(fēng)險。此外，設(shè)置專職安全員，進(jìn)行作業(yè)風(fēng)險分析和編制應(yīng)急預(yù)案等都是保證檢測工作安全實施的有效手段。

[1]RCC-M 1997壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則[S].

[2]張微嘯,吳萬軍. 304L不銹鋼在硼酸水溶液中的腐蝕行為[J]. 腐蝕與防護(hù),2015,36(1):68-70.

[3]盧岳川,李成濤. 大亞灣核電站換料水箱底板滲漏分析與評估[J]. 原子能科學(xué)技術(shù),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 偉(1979-),工程師,碩士,從事材料腐蝕與防護(hù)相關(guān)工作,18930176877,18930176877@189.cn

TG174

A

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