核电厂消防水系统管道监督方法及管理建议

核电厂消防水系统管道监督方法及管理建议

马荣新

中核工程咨询有限公司河北分公司 江苏连云港  222000

摘要：消防水生产系统的功能是为整个核电厂区提供火灾发生时满足压力要求的消防水，系统不承担安全功能，但它与核电厂的运行安全相关。安装在PX泵房的消防水系统管道，管线布置复杂，最高处与地面落差超过20m，包括直管段、弯头、大小头、三通、阀门或孔板等部件。针对这些部件采用常规超声测厚技术，存在检测效率低，且需要大量脚手架配合工作，实施带来的工业安全风险极高，同时该技术存在漏检腐蚀缺陷的风险。基于此，本文主要对核电厂消防水系统管道监督方法及管理建议进行分析探讨。

关键词：核电厂；消防水系统；管道监督方法；管理建议

1、前言

正常状态下，消防水系统只有在特定条件下才会流动或补充水，如定期试验、检修时排空等。其中“消防水泵可用性”定期试验，最小试验周期为1月/次，试验期间消防水泵从消防水池吸水、通过小流量管线回流至消防水池，因此消防水系统管道存在腐蚀风险。

2、监督方法

安装在PX泵房的消防水系统管道制造公差为±12.5%，实测壁厚大于87.5%名义壁厚，则管道壁厚满足设计要求，检验范围内管道规格如表1所示。

表2管道规格减薄判定值

2.1监督方法

2.1.1超声导波检测原理

消防水系统管道采用超声导波进行初步排查，检查设备分为磁致伸缩和压电陶瓷两种类型，本文以磁致伸缩设备为例进行检查。磁致伸缩超声导波测厚是利用磁致伸缩效应，导波在管道中产生纵波、扭力波和弯曲波等三种模态，其中扭力波的声速不随导波的频率改变而变化，而且扭力波只在固体中传播，通过分析扭力波实现管道的检测。检测原理为探头阵列发出一束超声能量脉冲，此脉冲充斥整个管道圆周方向和整个管道壁厚，导波在向远处传播时遇到管道横截面积减薄或增厚时，导波信号会发生反射、散射等现象，进而会有一定比例的能量波被反射回传感器，因此通过分析反射回波来发现和判断缺陷的大小。同时根据缺陷产生的附加波形转换信号，可以将缺陷信号与管道特征信号（如环焊缝、支撑等）识别开来。

2.1.2检测技术

磁致伸缩超声导波测厚系统包括磁致伸缩仪、探头、专用耦合剂组成，其中探头又由铁钴带薄片、带式线圈和适配器组成。将铁钴带薄片布置在管道上并进行磁化，将带式线圈包覆铁钴带薄片并连接适配器，适配器可根据需求制定合适的长度，如高空管线，可将适配器的一端接口延长至地面，后续将不需要再搭设脚手架。

仪器校准可在实验室内选择校准试样对检验仪器进行校准。校准试样选用压力管道常用的无缝钢管制作，校准试样应具有3%、6%和9%截面损失率的横向环形切槽各一个，切槽的宽度在0.5～2mm的范围，深度方向的公差不大于±0.2mm；校准试样应具有2个（含）以上环焊缝。仪器校准主要对超声导波检测仪器进行灵敏度和功能测试。

检测频率建议首先使用128kHz扭力波适配器开展检测，至少录入两组不同频率扭转模态波的检测数据，若检测数据能够清晰反映所测管道特征，则不再选择其他频率。如衰减较大时，建议使用64kHz和32kHz扭力波适配器开展检测，当检测数据不能清晰反映所测管道特征，所测管道段补充常规超声测厚或其他无损检测方法进行壁厚测量。

虚假信号通过采用分析软件标记多重反射位置和通过增加频率的扫查区间，对比不同频率的距离—幅值曲线，判断虚假信号是否一直出现，通过上述分析不能排查的信号按照异常信号处理。发现异常信号（非虚假信号）时，建议以焊缝15%回波或法兰80%回波为基准曲线，截面损失率超过2%作为记录阈值，列为异常信号。对于异常信号显示，补充常规超声测厚和相控阵超声检测。

2.2异常信号处理

对于导波检测发现管道减薄的位置，所在管道异常信号建议根据ASME第III卷NB-3641.1计算管道

最小壁厚值，初步计算公式如下:

式中：

A：考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度，建议选取2mm；

D0：管道外径，取用公称直径，mm；

P：设计压力，MPa；

Sm：设计温度下材料的最大许用应力强度，碳钢取138MPa；

tm：要求的最小壁厚；

y：温度对计算管子壁厚公式的修正系数，取0.4。

通过计算，管道实测壁厚大于要求的最小壁厚，结合减薄速率和检查周期进行评估，当剩余寿命小于2年时，部件有可能在下个检查周期前损坏，影响电厂安全应进行维修或更换。

2.3检查周期

每台机组消防水系统有并列两列，一用一备。根据管道减薄敏感性和运行重要性，建议将消防水系统管道安全状况等级按照GC1级进行管理，其检验周期不超过6年。

3、管理建议

因为核电厂消防水系统有着相对复杂的管道设计与布置，因此技术人员应当综合考虑到具体运行环境来选择相契合的防腐工艺以及管理方式。

3.1管道更换

直接更换管道是最为直接的管道腐蚀管理策略，通过管道定期测厚操作，会设定出某壁厚的最小要求值，如若壁厚降低幅度即将超出这一要求值，那么就必须对现有的管道进行更换，避免管道出现穿孔失效或抗震性降低等情况。这一管理手段存在着一定的弊端，主要是因为更换管道会耗费大量的时间与精力，且难度相对较大，特别是难以合理安排上游管道的更换窗口。

3.2材质升级

核电厂消防水系统管道大都是以碳钢为原材料，有着相对较弱的耐蚀性，因此技术人员可以对原有的材质进行升级，选择不锈钢材质，有效迎合核电厂消防水系统不同工况下对腐蚀、冲刷、防护等方面的需求。但需要注意的是，在进行材质升级的过程中不能够让海水渗入到消防水之中，否则就会让介质中有着较高的氯离子浓度，这样一来不锈钢材质也会产生局部腐蚀的情况。

3.3定期巡视检查，制定管道腐蚀管理计划

核电厂可以把消防水系统管道纳入到金属监督大纲之中，根据既定的程序进行管理，采取超声导波开展初步排查工作，针对所存在的异常信号进行常规测厚以及超声相控阵检查。在消防水系统运行过程中，相关人员定期巡视检查消防水系统管道，当监测到腐蚀减薄、强度下降之后，应当组织专业的技术人员对管道进行维修。如若出现了穿孔、泄漏、断裂这类异常情况，应当严格按照既定的应急处理方案中要求进行处理，以此来确保消防水系统的正常运行。同时还要根据消防水系统管道设计文件中的要求，提前组织好一定数量的焊接人员，选择适当的焊接工艺，并做好备件采购工作，以此来确保出现突发现象时及时进行维修或更换。

3.4埋地布置方式调整

针对埋地管道可能出现的腐蚀情况，一是尽可能减少埋地管道布置，将埋地管道改为地面管道或者管廊内管道；二是对必须埋地布置的管道，应当根据具体排流需求来明确管道阳极组的具体位置、不需要均匀分布，而在杂散电流较为强烈的区域则应当采取单支分裂方式。哪怕在杂散电流较弱的区域，考虑到未来可能的变化，在条件允许的情况下每组也不宜超过2支。

3.5水质改善

对核电厂消防水系统管道中的水质进行适当的改善，最大化地降低其对管道的腐蚀性，主要采取原水、生活用水水源改为除盐水水源，消防水池水质监测与更换，消防水池表面材料升级、定期排放管道里的污水，冲洗管道杂质，定期试验时延长放水时间等方式来改善消防水水质，以提升核电厂消防水系统管道腐蚀管理效果。

4、结语

核电厂消防水系统管道很容易出现腐蚀问题，如若未能及时采取措施进行处理，那么就会严重影响消防水系统的正常运行。因此技术人员要明确核电厂消防水系统管道常见的腐蚀情况，有针对性地选择合理的检测与管理方式，这样才能够最大化地降低管道腐蚀所带来的不利影响，为核电厂安全稳定运行创造消防安全条件。

参考文献

[1]吴昉赟,王聪,等.核电厂开式工业水系统埋地碳钢管道腐蚀行为研究[J].全面腐蚀控制,2021,10.

[2]赵延辉,崔婷.压水堆核电厂管道中不可凝结气体的监测方法[J].化工管理,2021,29.