核電廠埋地管道管理方法實(shí)踐

  隨著核電廠運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，埋地管道的劣化將會(huì)成為核電業(yè)主們不得不面對(duì)的一個(gè)重要問(wèn)題。環(huán)境因素和運(yùn)行工況是造成埋地管道結(jié)構(gòu)完整性被破壞及其預(yù)設(shè)功能下降的主要原因，因此，電廠需要針對(duì)劣化嚴(yán)重的相關(guān)部件進(jìn)行維修或替換。

  核電廠埋地管道簡(jiǎn)述

  1.管道系統(tǒng)

  包括安全廠用水系統(tǒng)、非安全廠用水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、輔助冷卻水系統(tǒng)、廢液排放系統(tǒng)、氣體系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。

  2.主要材料

  核電廠埋地管道涉及到的材料主要包括碳鋼、鑄鐵、不銹鋼、鋼筋混凝土、玻璃鋼等。常見(jiàn)的管道保護(hù)方式有涂層、內(nèi)襯、陰極保護(hù)以及各種保護(hù)方式的組合。

  3.腐蝕機(jī)理

  壁厚減薄型、開(kāi)裂以及冶金效應(yīng)導(dǎo)致的材料性能發(fā)生變化。

  4.失效形式

  由于埋地管道所處環(huán)境的特殊性（內(nèi)表面流體、外表面土壤），因此將會(huì)產(chǎn)生內(nèi)外兩種劣化形式。

  核電廠埋地管道管理方法實(shí)踐

  通過(guò)工程實(shí)踐，將埋地管道管理分為以下四個(gè)階段：基礎(chǔ)階段、檢測(cè)階段、修復(fù)階段以及緩解階段。

  1.基礎(chǔ)階段

  基礎(chǔ)階段的工作主要內(nèi)容包括確立埋地管道系統(tǒng)管理對(duì)象、收集與整理埋地管道基礎(chǔ)信息、建立埋地管道系統(tǒng)三維可視化系統(tǒng)（如圖1所示）、管道部件風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)等。

圖1 三維可視化系統(tǒng)

  收集與整理的管道基礎(chǔ)信息包括但不限于管道的設(shè)計(jì)施工圖、運(yùn)行參數(shù)包括溫度、壓力以及介質(zhì)、廠內(nèi)外失效經(jīng)驗(yàn)反饋與總結(jié)等，通過(guò)數(shù)據(jù)整理明確管道的材質(zhì)、埋深以及走向等信息；同時(shí)明確管道功能、運(yùn)行工況以及失效后果。將收集到的信息編制成基礎(chǔ)信息表，作為管道進(jìn)一步分級(jí)的依據(jù)。繪制管道軸測(cè)圖建立埋地管道三維可視化系統(tǒng)。

  失效可能性與失效后果嚴(yán)重性結(jié)合成以下七類風(fēng)險(xiǎn)類別，詳見(jiàn)圖2。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)矩陣

  基礎(chǔ)階段的內(nèi)容詳見(jiàn)圖3。

  2.檢測(cè)階段

  埋地管道檢測(cè)工作是其管理的重點(diǎn)與難點(diǎn)。這是因?yàn)槁竦毓艿赖目蛇_(dá)性很差，常規(guī)檢測(cè)手段無(wú)法滿足檢測(cè)要求，給檢測(cè)工作帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。埋地管道檢測(cè)方法包括直接檢測(cè)與間接檢測(cè)兩種。

  直接檢測(cè)即局部開(kāi)挖或管道開(kāi)口時(shí)實(shí)施的檢測(cè)，包括目視檢查、超聲導(dǎo)波檢查以及儀表小車檢測(cè)設(shè)備等。

  目視檢查主要是指管道內(nèi)部間接目視檢查，采用視頻檢測(cè)方法可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)存在的沉積、腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域和局部泄漏點(diǎn)等問(wèn)題。視頻檢測(cè)可用來(lái)檢測(cè)干管與濕管系統(tǒng)。對(duì)于濕管系統(tǒng)，當(dāng)液體比較渾濁時(shí)，將會(huì)降低視頻檢測(cè)質(zhì)量。目視檢測(cè)工具包括光纖內(nèi)窺鏡、管道鏡、視頻檢測(cè)爬行器等。

  （超聲）導(dǎo)波檢測(cè)可以反映有缺陷的管道橫截面的面積損失率，用于粗檢。導(dǎo)波檢測(cè)的距離取決于管道涂層的類型以及土壤緊實(shí)度等因素。導(dǎo)波檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)在于可以精確反映管道橫截面面積損失率，但同時(shí)也存在諸多限制，如檢測(cè)信號(hào)無(wú)法反應(yīng)缺陷尺寸，信號(hào)無(wú)法透過(guò)彎頭、三通、閥以及其他管道部件，傳感器附近的缺陷難以被發(fā)現(xiàn)。

  儀表小車檢測(cè)設(shè)備包括超聲測(cè)厚裝置、漏磁測(cè)量裝置等。

  間接測(cè)量為非接觸式（非開(kāi)挖）檢測(cè)方法，此類方法主要在地面實(shí)施，用來(lái)檢查管道涂層的質(zhì)量以及雜散電流等，依據(jù)涂層質(zhì)量來(lái)判定埋地管道外表面腐蝕情況。常見(jiàn)的檢測(cè)方法為電磁電勢(shì)梯度法，常見(jiàn)的檢測(cè)設(shè)備有PCM+、探地雷達(dá)、SCM雜散電流檢測(cè)設(shè)備。檢測(cè)方法見(jiàn)圖4。

  工程實(shí)踐中采用工業(yè)視頻檢測(cè)爬行器對(duì)某電廠埋地玻璃鋼管線檢查，成功找到了泄漏點(diǎn)并清除了管道內(nèi)小塊異物。渾濁的液體對(duì)視頻清晰度影響較大，探頭移動(dòng)過(guò)程中需要緩進(jìn)緩出。

  實(shí)踐表明使用PCM+檢測(cè)金屬管道埋深、走向以及防腐層質(zhì)量時(shí)，應(yīng)避開(kāi)復(fù)雜管網(wǎng)區(qū)域，雜散電流對(duì)設(shè)備檢測(cè)結(jié)果影響較大。目前我們MsS磁致伸縮超聲導(dǎo)波可實(shí)現(xiàn)30米直管檢測(cè)，精度可達(dá)3%。

  3.修復(fù)階段

  修復(fù)檢測(cè)階段發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，常用的修復(fù)方法包括焊接修復(fù)與非焊接修復(fù)兩種。任何一種修復(fù)計(jì)劃都需要考慮以下幾方面因素：修復(fù)對(duì)管道流量的影響；修復(fù)材料與運(yùn)行環(huán)境以及假定事故環(huán)境下的兼容性；修復(fù)材料的機(jī)械性能以及安裝要求符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；考慮下次檢測(cè)與替換的周期。

  常用的焊接修復(fù)包括管段替換、角焊縫修補(bǔ)、外表面對(duì)焊、套管焊接修補(bǔ)等。常用的非焊接修復(fù)方法包括內(nèi)襯注入技術(shù)、夾具修復(fù)、螺紋修復(fù)、螺栓漏箱修復(fù)等。修復(fù)階段需完成失效部件原因分析并制定下次的檢測(cè)計(jì)劃。

  實(shí)踐中針對(duì)腐蝕比較嚴(yán)重或破裂的管段采用管替換的方式進(jìn)行修復(fù)，對(duì)于泄漏點(diǎn)的修復(fù)常采取角焊縫補(bǔ)焊或套管焊接的方式進(jìn)行修復(fù)，新增的焊縫將成為失效的薄弱環(huán)節(jié)。焊后須對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，以確保修復(fù)行動(dòng)的有效性。

  4.緩解階段

  針對(duì)失效原因?qū)嵤┫鄳?yīng)的緩解措施可以有效的延緩埋地管道的腐蝕劣化，降低腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生幾率，延長(zhǎng)埋地管道的服役壽命。

  常用的緩解措施包括：水處理 （添加微生物殺滅劑、沉積物控制劑、腐蝕抑制劑等）、管道內(nèi)表面定期清理、采用合適的涂層與內(nèi)襯以及陰極保護(hù)等。

  工程實(shí)踐中緩解的重點(diǎn)在于管內(nèi)流體質(zhì)量的控制。采用BioGERGRE微生物膜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以有效監(jiān)測(cè)海水管道系統(tǒng)微生物含量以及生長(zhǎng)情況，從而優(yōu)化加藥時(shí)機(jī)以及藥量控制。

  結(jié)語(yǔ)

  迄今，已在國(guó)內(nèi)某核電廠開(kāi)展埋地管道相關(guān)工作，建立埋地管道管理大綱，編制了埋地管道基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)現(xiàn)了管段部件分級(jí)以及三位可視化管理系統(tǒng)的建立，并采用PCM+、內(nèi)窺鏡以及面測(cè)厚等對(duì)埋地管道進(jìn)行檢測(cè)，但在維修與緩解階段工作涉及不多，這也是今后工作的重點(diǎn)。

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