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摘要：文章介绍并对比了目前国内核电站主蒸汽管道常用的几种清洁方法，分析了不同方法在海阳核电站的应用，为AP1000核电机组主蒸汽管道施工期间的清洁方式提供参考。
关键词：AP1000核电机组；主蒸汽管道；清洁方法
1.引言
汽轮发电机组启动前确保主蒸汽管道的清洁度对于机组启动过程的安全稳定以及后期汽水品质的调整都具有重要的意义。近年我国以前所未有的速度发展核电机组，由于压水堆在燃料供应、冷却剂成本、安全性以及设计制造和运行经验方面均具有更大的优势，我国及世界上大多数国家一样都是以发展压水堆型为主。与常规火电机组相比，压水堆核电机组蒸汽参数低，运行蒸汽流量大。由于核电机组在核反应堆临界前很难有大流量蒸汽的产生，采用常规火电机组的常用的蒸汽吹管方法在实施上有一定难度。本文对目前海阳核电站主蒸汽管道的清洁方法进行了分析。
图1 消音器收集的典型碎片
2.目前核电站主蒸汽管道清洁的常用方法介绍
目前国内核电机组的主蒸汽管道清洁方法大致有以下四种：人工清洁；使用压缩空气进行爆破吹扫；蒸汽吹扫和使用高压水射流冲洗。
2.1 人工清理的清洁方法
大型的核电机组主蒸汽管道直径较大（AP1000核电机组主蒸汽管道内径接近一米），具备人员入内清理的空间条件。实施人工清理主蒸汽管道需要在主蒸汽管道合适部位预留人员入口和通风口，一般采用缓装几段主蒸汽管道的方式来实现。
人工清洁主蒸汽管道有以下几个优势：1.无需复杂的临时管道系统。2.无需外接设备，节省能源。3.实施的条件要求低。4.无需针对的保养措施。同时其也有以下缺点：1.清洁深度不足，对管道油污等的清理不够理想。2.对于垂直管道清理难度大。
2.2 压缩空气爆破吹扫
使用压缩空气爆破吹扫时将蒸汽发生器和主蒸汽母管当作蓄能容器使用，在主蒸汽的各个支管路上安装可以快速开启的爆破阀或者安装爆破片作为吹扫的控制方式。
压缩空气爆破吹扫的检验一般采用打靶验证的方法，其验收的标准可以参考我国国标GB52018-2011的相关规定。
压缩空气爆破吹扫的方法具有以下优势：1.无需外接设备，节省能源。2.可以实现绝大部分主蒸汽管道的清洁工作。3.使用干燥的压缩空气吹扫，无需特殊的保养手段。同时其也有不足，一是压缩空气吹扫无法保证将管道内的大型杂物吹出。二是对于管壁上的油污等不易去除。
图一为国外某电厂采用压缩空气吹扫时，在消音器里收集到的颗粒物。[1]
2.3 蒸汽吹扫
使用高温高压的蒸汽对主蒸汽管道进行吹扫很接近主蒸汽管道的实际工作状况，此方式可以使主蒸汽管道达到较为理想的清洁程度。为了能够达到满意的吹扫效果，蒸汽吹扫时要求吹扫系数（管道吹扫的实际压降与设计压降的比值）大于1。所以对蒸汽的汽源要求较高。核电站机组蒸汽吹扫的汽源主要有三种：核岛HFT提供的蒸汽，反应堆装料后核岛提供的主蒸汽，外置设备提供蒸汽。
2.4高压水射流冲洗
高压水射流清洗技术自80年代传入我国，至90年代中期得到了大量的应用。使用这种技术对主蒸汽管道进行清洁具有以下优势：1.清洁彻底。高压水流根据管道管材的不同可以调节射水压力，在保证不伤害母材的情况下能够理想的将管道上附着的杂物、油污等清理干净。2.节省能源和成本。3.无需布置大型外接设备和临时管道。同时此方法依旧面临一定的困难。首先，使用高压水射流器清洁时需要根据管道布置预留多处枪头入口和清洗水疏水口；其次，使用高压水射流清洁后为了防止主蒸汽管道锈蚀必须采用一定的手段处理，例如使用压缩空气吹干管道内壁。
图2 海阳AP100核电机组主蒸汽系统示意图。[2] [3]
3.海阳核电站主蒸汽管道清洁方案分析
AP1000压水堆是西屋电气公司在AP600基础上设计开发的。AP1000设计具有先进非能动安全特性，并且电厂得到进一步简化，改良了建造工艺，增强了电厂的运行能力和可维修性。海阳核电二回路主蒸汽系统分为核岛部分与常规岛部分，分别由西屋公司和国核设计研究院设计，遵循两种不同设计规范（ASME SEC III、ASMEB31.1），设计分界线为辅助厂房外一米处的两条焊缝，由不同的施工单位安装，见图二：海阳AP100核电机组主蒸汽系统示意图。在主蒸汽系统(MSS)中，从DN1050至DN200各种规格的管道均有。从两台SG（蒸汽发生器）出口至汽机主汽阀前的主蒸汽系统包括下列几段主要管道：从SG至设计分界线2根管道；从设计分界线至主蒸汽母管的管道2根；主蒸汽母管1根；母管至汽机主汽阀的主蒸汽管4根。上述蒸汽吹扫、压缩空气吹扫、人工清洁与机械清洁方式是否适合海阳核电主蒸汽管道的清洁，下面进行分析对比。
3.1蒸汽吹扫方式分析
对于主蒸汽管道而言，如果有合适的汽源，蒸汽吹扫是一种理想的吹扫方法。蒸汽吹扫质量由装于临时管上的靶板检查，靶板为铝制，宽度为临时管内径的8%，长度贯穿临时管内径，合格标准为：
(a)冲管系数K＞1；
(b)在保证冲刷力的前提下连续两次更换靶板检查,冲击斑痕的粒度不大于0.8mm，且斑痕不多于8点；
(c)靶板为铝本色。[4]
为达到满意的吹扫效果，吹扫汽源应有一定的供汽能力。 海阳核电一期工程可供选择的汽源有二种：一是辅助电锅炉，二是HFT时产生的非核蒸汽（核蒸汽吹扫会对反应性有很大影响，不予考虑）。
两台电锅炉的总容量为2×40t/h，供汽能力偏小，不能满足吹扫要求。如果要用外来蒸汽吹扫，要选用较大容量的临时锅炉，不仅会影响工期，投资成本也较大，现场也没有合适的场地来安装临时锅炉，因此不考虑采用临时锅炉的方案。
HFT时产生的蒸汽，每次可供汽轮机维持额定转速15分钟（MHI提供的数据），如果用来吹扫主蒸汽管道并维持吹管系数大于1，经计算有效吹扫时间只有约0.75分钟，实际吹扫过程中，因临冲门打开是需要时间的，所以有效吹扫时间会更短，吹管效果难以保证。
另外，西屋认为，采用HFT的蒸汽吹扫主蒸汽管道，会引起一回路温降速率超过设计限值，不建议采用此方案。
通过上述分析，海阳核电一期工程两台机组CI侧主蒸汽管道不宜采用蒸汽吹扫方案。
3.2人工清扫与高压射流器水力机械清洁方式分析
对于CI侧的大管径管道，采用人工清洁方案；对于CI侧的其它管径管道（包括至凝汽器的旁排管道、母管至汽机主汽阀的管道、主汽至汽水分离再热器的管道、主汽至辅汽管道等），可采用高压射流器水力机械清洁方式。
此方案优缺点分析：这种方案不突破设计与施工分界线，NI侧与CI侧主蒸汽管道分开施工与清扫，协调工作量少。与常规蒸汽吹扫方案相比，临时系统少，亦可节省工期。但此方案要求对整个清洁过程严格控制，才能达到满意的清洁效果。另外，因高压射流器的工作水压高达90MPa，操作不当时会引起人身伤害，并可能对管道造成损伤，使壁厚减薄。
3.3压缩空气吹扫方式分析
如果采用压缩空气吹扫方式，可以利用SG作为蓄压容器，对NI侧与CI侧主蒸汽管道进行联合吹扫，把从SG到主汽轮机的蒸汽管线（包含至凝汽器的旁路管线、至MSR的加热蒸汽管线）全部吹扫干净。
吹扫范围包括蒸发器至主汽门之间的主蒸汽管道、主蒸汽旁路系统管道、二级再热器加热蒸汽管道等。具体方法为把蒸发器作为充气储罐，当充气压力达到设定值（0.6MPa）时快速打开临冲阀（<1秒），使蒸发器的气体迅速通过主蒸汽系统的相关管道，以达到冲洗的目的。吹扫的气源采用仪用压缩空气，不会对SG造成污染，供气点由蒸发器底部的排污管道接入，SG内部建立正压后，再从CI侧通入CAS压缩空气，这样可防止其它管道内的杂物进入SG。压力达到0.1MPa时试吹一次，全面检查设备、管道及支吊架有无异常；0.3MPa时试吹4次；0.6MPa时吹扫总次数在60次左右，可将全部蒸汽管道吹扫干净。压缩空气吹扫方式在秦山核电站二期工程中得到了成功应用。
压缩空气吹扫的验收方式：主蒸汽管道吹扫是否合格用靶板检验，重复吹扫直至靶板检验合格为止，合格标准同蒸汽吹扫（见3.1.1）。对于没有放置靶板的管道的吹扫是否合格则采用目测的方式，以出口处的空气洁净为准。
对NI侧主蒸汽管道,西屋公司拟采用高压射流器水力机械清洁方式。用高压射流器水力清洁装置可对NI侧主蒸汽管道进行彻底清洁，清除管道内部的杂物，达到理想的清洁效果。
CI侧主汽管道虽然与NI侧主汽管道分属不同的设计院设计，由不同的的施工单位施工，但这两部份管路同属一个回路系统，其清洁验收应采用同样的标准。经过综合比较，海阳核电一号机组CI侧主蒸汽管道采用了人工清理的方式。图三为海阳核电主蒸汽管道采用人工清洁后的检查验收照片：
图3 主蒸汽管道内部清洁度检查照片
4.主蒸汽管道清洁方法在国内核电站的成功应用
近年来我国新建核电站机组使用的主蒸汽管道清洁方法没有统一的模式，根据各个机组情况的不同使用的清洁方法也各有不同。
浙江某核电站采用了压缩空气吹扫的方法进行主蒸汽管道清洁。其吹扫的范围主要包括蒸汽发生器至汽轮机主汽门的主蒸汽管道、主蒸汽旁路系统管道、主蒸汽至分离再热器管道。压缩空气吹扫采用打靶验收的方式，其具体标准为：连续两次更换靶板，靶板上的斑痕粒度不大于0.8mm，且斑痕数目不超过8个。
广东某核电站首台机组主蒸汽管道采用了蒸汽吹扫的方式清洁。由于其辅助锅炉蒸发量无法满足主蒸汽吹扫的需要，该核电站采购了两台大蒸发量的燃油锅炉作为吹扫汽源。
东北某核电站主蒸汽管道也采用了蒸汽吹扫的方式，汽源为机组填装核燃料后的核蒸汽。在机组核蒸汽首次冲转时，开打主蒸汽旁路阀门将主蒸汽管道的蒸汽大量排入凝汽器。对于蒸汽无法吹扫到的位置主要采用施工清洁控制和机械清洁方式。
安装世界首台AP1000核电机组的三门核电站主蒸汽管道清洁采用了人工清洁的方式。
5.总结
现在核电站的主蒸汽管道清洁方式多种，每一种清洁方式都各有优势和缺点。采用何种方式进行主蒸汽管道的清洁需要根据机组的不同情况和工程施工、机组调试的安排来慎重选择。核电人也需要不断总结经验，尽快整理一套适应我国国情的施工清洁标准，来适应我国核电站建设发展的需要。
参考文献
[1] J.B. Pier and G. Goldman, P.J. Skrgic, C. Brookins, L. Larson and D. Rothe.Experience with Compressed Air Cleaning of Main Steam Piping.Chicago, Illinois.The American Power Conference, April, 1990.
[2] STATE NUCLEAR ELECTRIC POWER PLANNING DESIGN＆RESEARCH INSTITUTE,MAIN STEAM SYSTEM SYSTEM SPECIFICATION DOCUMENT.2011.11.
[3] STATE NUCLEAR ELECTRIC POWER PLANNING DESIGN＆RESEARCH INSTITUTE, MAIN STEAM SYSTEM PIPING AND INSTRUMENTATION DIAGRAM.2012.02.
[4] 国家能源局.DL 5190.5-2012 电力建设施工技术规范 第5部分：管道及系统.2012.01.
作者简介
吴文超（1972,4—），男，籍贯：湖北仙桃，调试工程师，从事核电站调试工作。
论文作者:吴文超,张丁旺,雷虎,王子奇
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/3
标签：蒸汽论文; 管道论文; 清洁论文; 核电论文; 压缩空气论文; 海阳论文; 机组论文; 《电力设备》2016年第4期论文;