從布置設計角度優化核電管道防腐設計

房繼軍+徐國飛+褚松良

【摘 要】管道的腐蝕除與管道管件的材質、流體性質、流體狀態和管道所處的環境因素有關之外，管道布置設計也會對管道的腐蝕產生影響，在管道布置設計時，應盡量避免不利于管道防腐的布置和結構設計，從而減緩管道的腐蝕速度。本文主要從管道的支架布置、管道的走向布置、管件的結構設計等方面，結合核電工程案例分析布置設計如何減緩管道的防腐和優化設計。

【關鍵詞】管道；布置；腐蝕

0 引言

管道的腐蝕現象普遍存在，如何從布置設計角度減緩和避免腐蝕，對于核電站安全穩定的運行有著重要意義。因此各國核電站布置設計人員都十分重視防腐工作。

1 概述

管道的腐蝕除與管道管件的材質、流體性質與流體狀態和管道所處的環境有關外，管道布置也會對管道的腐蝕產生影響，在管道布置設計時，應盡量避免其對管道防腐的消極影響。圖1表示了布置與管道的腐蝕的關系，布置包括管道管件的布置設計和管架、管道銜接部件的結構設計。

影響管道腐蝕的因素很多，如材料、結構、表面狀態、溫度、pH值、壓力，涉及物理和化學等多學科。對于材料質地，如20+Gr碳鋼材料的使用，碳鋼表面的氧化膜含有Cr可形成-Fe3XCrO4尖晶石氧化膜，它比Fe3O4的溶解度要低很多，可以減少流動加速腐蝕的作用。溫度包括環境溫度和介質溫度，溫度將提高腐蝕的速度。布置設計主要通過改善管道的上述影響因素，從而完善防腐設計。

2 布置設計減緩管道的腐蝕

核電站中管道布置包括：管道支架的布置、管道焊縫的位置設計、管道走向設計、管道裝置部件的布置和管道連接部件的布置。核電站的管道布置密集，因此防腐設計的任務更加重要。同時，腐蝕是不可避免的，因此布置工種還應該考慮合理的布置有利于管道的在役檢查。下面結合實例，說明減緩腐蝕的布置設計措施。

2.1 管道支架的布置

管道支架的間距不宜過大，否則會促進腐蝕。管道投入運行后，在管內介質和管道自身重量的作用下，管道產生下沉，使直線管段形成彎曲管段（見圖2），產生彎曲應力，使管道接口處承受應力，引起應力腐蝕，造成管道磨損、變形、移位，形成滲漏。另外由于管道下沉彎曲，在彎曲的部分易沉淀贓物，堵塞管道，加速管道的磨損腐蝕。在停運時期，下沉彎曲部分形成滯留死水區也會產生促進腐蝕。

2.2 管道的走向設計

管道的布置宜做到逐級增高，或逐級降低，避免“氣袋”和“液袋”布置，如果確實需要π型補償器（見圖3），應根據操作和檢修的要求設置防空（排氣）、放凈（排水）。管道布置宜少拐彎，靠重力自流的給排水管道要保證坡度。這樣布置能夠有效地減少管道因流體沖刷產生的磨損腐蝕和未放凈的溶液滯留產生的點蝕。

上述管道的走向設計是為了避免積存液體和氣體聚集，其關鍵點就在于防止電化學腐蝕，例如吸氧腐蝕和析氫腐蝕?；瘜W方程如下：

2.3 管道焊縫的位置設計

為了滿足在役檢查的需要，焊縫不宜密集，焊縫的位置應便于焊接及檢查。避免將焊縫布置在管道或支架的應力集中處。

3 結構設計減緩管道的腐蝕

3.1 管道的連接形式設計

海水系統管道易出現電偶腐蝕現象，如母管與溫度測量儀表管、流量測量儀表管連接處存在嚴重的局部壁厚減薄現象。電偶腐蝕的機理是兩種不同電位金屬構成的宏觀原電池的腐蝕，對于此種情況，海水管的母管與儀表管，必須使用不同金屬管道進行組合時，在設計中應采用絕緣措施。如圖4和圖5所示通過法蘭連接和絕緣墊片的應用，焊接改為法蘭連接并保證電偶對的隔離從而有效的防止電偶腐蝕。

3.2 支架的結構設計

管道支架結構設計要考慮到支架與管道的溫差，支架根據情況也需保溫保冷，或者添加絕熱層，避免熱的管道與冷支架，發生冷凝液腐蝕和熱電腐蝕。支架的設計還應考慮易于清掃除塵，防腐上漆的可操作，對于一些有耐腐蝕覆層的不允許焊接管道，不宜使用焊接型支架，宜采用管卡型支架。此外，閥門支架也應考慮材料質地，避免電位腐蝕，如果要使用異種金屬，閥門的輔助支架卡箍要加墊圈避免直接接觸。

3.3 管道的保溫保冷設計

防止冷凝液腐蝕的發生不僅與結構設計有關還包括隔熱設計，合理的隔熱設計能夠避免、限制或延遲管道內介質的凝結，減少傳輸過程中的介質的“溫升”或“溫降”，避免熱量和冷量的損失，有利于管道的防腐。

4 其它防腐措施之一：在役檢查

腐蝕是不可能完全避免的，只能減緩其速度。通過對有可能發生腐蝕的管道布置設計進行分析總結。那些不能避免并易發生腐蝕的重要管道，將進行在役檢查。在役檢查有效防止因腐蝕造成的管道破裂等事故。布置設計通過改良避免那些不合理的設計，有助于更好的防腐。

5 結論

雖然管道的腐蝕是不可避免的，但是通過合理的管道布置、優選的管道和支架的結構設計、有效的保溫和保冷、嚴格的制造、運輸、安裝管理、認真負責的在役檢查，可減緩管道的腐蝕。使得核電站的管道系統更安全穩定的正常運行。從而有效保障核電廠的安全和避免事故的發生。

【參考文獻】

[1]宋岢岢，主編.壓力管道設計及工程實例[M].北京：化學工業出版社，2007，7.

[2]范瑞波.核電站循環水二次濾網腐蝕問題探究[J].東北電力技術，2007，9：31-33.

[3]張毅雄，等.多級節流孔板在核級管道中的應用[J].核動力工程，2009，4：71-74.

[4]李平瑾，徐道榮，主編.鍋爐壓力容器焊接技術及焊工問答[M].北京：機械工業出版社，2004，1：109.

[5]黃琨.嶺澳核電站二期給水管道流動加速腐蝕的控制與改進[J].科技信息，2009（27）.

[6]王景文.熱力管道的腐蝕與防護[J].中州大學學報（第23卷第1期），2006，1.

[7]王蕓，逯國英.運行中管道下沉（移動）的計算方法[Z].油氣田地面工程（第29卷第4期），2010，4.

[8]中國腐蝕與防護學會，主編.許維鈞，馬春來，沙仁禮，等，編.核工業中的腐蝕與防護[M].北京：化學工業出版社，1993，11.

[責任編輯：楊玉潔]