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第三代高性能核电站保温材料发展动态

中国腐蚀与防护网2018-12-17 08:34:50

  在核电、火电等发电企业中,为了减少设备、管道及其附件向周围散热,通常核电站内管道和设备外表面采取了保温措施。通过对管道设备保温原材料的合理选择和设计可以有效减少热力管道散热损失,促进节能降耗。


  但由于核电站特殊的辐照工作环境,要求保温材料应具有较好的耐辐照性。常规的非金属保温材料在经受一定剂量的辐照后,强度降低,易脆化,形成粉末或结块收缩,导致部分保温层形成“空壳”,使得保温层的导热系数增加,保温性能大大降低。核反应堆内核辐照和和老化等极端恶劣因素往往会极大的加速核电设备的腐蚀和失效,因此采用高耐腐蚀损伤性能的保温材料对于保证系统的正常和良好运作具有重要意义。目前,在核电、火电等行业实际应用的保温材料多以岩棉、膨胀珍珠岩、微孔硅酸钙、玻璃纤维、硅酸铝等非金属材料为主。随着我国大力推进核电建设,核电厂的保温问题也逐渐突显出来。


  一、保温结构种类及其使用范围


  在国内已建核电站中,主要采用了 4 种不同的保温结构:


  1、永久性保温,应用于不需作役前或定期在役检查的管道和设备上,其外壳采用不锈钢板或铝板,内填充玻璃纤维保温瓦,采用自攻螺钉将外壳固定在保温瓦上;


  2、单壁可拆卸,应用于不需要作在役检查、仅需定期检修的设备和管件上,其外壳采用不锈钢或铝板,内填充带金属丝网的玻璃棉纤维,用与外壳相同的刺钉固定;


  3、单壁半可拆,该结构仅适用于冷保温,因冷保温中防水密封层拆卸后不能重复使用,只有外壳可再用,因此称作“半可拆”保温,对于核岛厂房内保温材料采用带金属丝网的玻璃棉纤维,外壳用不锈钢,核岛厂房外的外壳采用铝板;


  4、双壁可拆,用于需作在役检查的设备和管道上,其内、外壁为不锈钢板,内外壁之间填充玻璃棉纤维。


  而第三代核电站仅采用了两种保温结构:即永久性保温,用于不需作役前或定期在役检查的管道和设备上,其外壳为不锈钢板,里面填充相应的保温材料; 另一种为双壁可拆卸,用于需作在役检查的设备和管道上内、外为不锈钢板,其内外壁之间没有填充物。


核反应堆压力容器

  二、 保温外壳的应用


  保温外壳材质与管道和设备所处的位置有关,安全壳内管道和设备保温外壳均采用的是不锈钢板, 而安全壳外的保温外壳则为铝板。


  已建核电站的保温外壳设计要求包括:


  1、保温外壳应满足特殊运行环境下的防腐要求;


  2、反应堆厂房内的保温外壳采用不锈钢 0Cr18Ni9, 不锈钢应满足GB/T 3280-2007 和 GB/T 4237-2007 的规定;


  3、反应堆厂房外的保温外壳采用铝板 3105 H24,铝板应满足 GB/T 3880-2006 的规定。


  而第三代核电站的保温外壳的设计要求是:


  1、温管道和设备上的奥氏体不锈钢外壳的加工标准为 ASTM A-167,材料为 304 或 316 型光面加工不锈钢;


  2、 保温管道和设备上的铝套标准为 ASTM B-209,材料为 3003、3105、5005 合金;


  3、 可拆卸式保温盒的奥氏体不锈钢应使用满足 ASTM A-240 的 302 或 304 的不锈钢;


  4、用于可拆卸式保温盒应采用满足 ASTM B-209 的 3003 铝合金。


  三、 保温材料分类及其使用范围


  1、 玻璃棉纤维


  已建电站中主要用于安全壳内、外管道上。


  2、 高温玻璃棉


  已建电站中主要用于安全壳内一回路的管道和设备上。


  3 、金属反射型保温材料


  第三代核电站中主要用于安全壳内的管道、 管道上设备组件、管道贯穿件、贯穿件封头和某些特殊管道支架上。 也应用在反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、反应堆冷却剂泵、热管段、冷管段以及稳压器波动管。


  4、 核级玻璃棉纤维(纤维毡)


  第三代核电站中主要用于安全壳内要求保温或防潮的管道、设备和相关支架、室内有人员防护要求的设备上,以及厂房内外要求防冻保护的管道和设备上。 不能用于反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、反应堆冷却剂泵、热管段、冷管段以及稳压器波动管以及相关支架的保温,也不能用于管道破裂影响区域。


  5、硅酸钙保温材料


  第三代核电站中主要用于安全壳外保温系统,进行常规热保温和室内管道的人员防护。


  6、珍珠岩保温材料


  第三代核电站中主要用于室外各种天气状况, 温度不超过 1200℉(649℃)的管道和设备上,室外有人员防护要求的系统上以及包含腐蚀性流体的管道和设备上。


  四、第三代核电站保温材料优势


  已建和第三代核电站所使用的保温材料对比,如下表所示:


  第三代核电站在保温材料选用方面最大的不同是安全壳内管道广泛采用了新型金属反射型保温材料,能有效降低压力容器、蒸发器、泵、管道等一回路设备的散热损失。其主要优点如下:


  (1)相容性好,且耐腐蚀。安全売内设各与管道的安全运行条件要求较高,设备和管道多采用不锈钢材料。金属反射型保温全部不锈钢材料制成,对设备和管道不会产生腐蚀,同时对酸碱溶液具良好的耐蚀性。


  (2)易拆装,无粉尘、辐照剂量小。在设备维护和检査时,缩短停运时间和减少对作人员的放射性辐照十分重要,而金属反射型保温拆装快速,不产生任何粉尘,更不会产生放射性粉尘,适应在役检查等维修工作需要,避免和减少放射性物质对操作人员和维修人员的辐照时间,降低电厂的整体剂量水平,从而大大节省放射性管理费用。


  (3)易清洗保,保温性能稳定,耐辐照和机械性能好,重复利用率高,使用时间长。为避免保温吸潮结块及伴随产生的带有放射性颗粒的污水处理问题,反射型保温材料采用经过光泽加工的不锈制材料,表面光滑,沾染的射性物质可以用水清洗掉,去污时即使浸水也不影响性能。同时,不锈钢材质耐辐照性能较好,因此,保温性能稳定,能长期保持初期的保温效果;另外,由于其具有好的机械性能,可反复使用,使用寿命长。


  (4)重量轻,保温效果好,制作灵活。金属反射型保温导热系数与非金属材料大体相当,且重量轻,能根据设备形状进行预制,应用灵活。


  除此之外,金属反射型保温由于材料、结的和制作特点,还具有抗震、适合高温及潮湿环境等优势。


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