核电厂凝汽器钛管高压射流冲洗工艺实验与应用论文

核电厂凝汽器钛管高压射流冲洗工艺实验与应用【摘要】我国现役的核电厂均为沿海核电厂，核电厂汽轮机凝汽器冷却循环水均采用海水直接冷却。

由于我国大部分沿海海水含有大量泥沙与水生物质，经过长时间的运行，凝汽器钛管内会淤积大量的泥沙及水生物，影响钛管的传热效果，进而影响电厂的热效率，同时也对凝汽器钛管的安全构成一定的威胁。

本文就使用高压射流冲洗凝汽器钛管从理论与实践两个方面进行验证。

【关键词】核电厂;凝汽器;冲洗;安全
0.前言
我国现役核电厂均为沿海电厂，核电厂汽轮机凝汽器均采用海水直接冷却，海水经过旋转滤网过滤，虽然能过滤掉部分大颗粒的杂质及水生物质，然而由于通流性的要求，旋转滤网对小颗粒的杂质和较小的水生物质却无法完全过滤，经过长时间运行，凝汽器钛管内会淤积大量的泥沙及水生物，影响钛管的传热效果，进而影响电厂的热效率，管束内滞留的沙粒也会加快对钛管的磨损，这些沙粒可能还会影响到检修中涡流探伤的效果，沙粒或其他杂物堵塞严重的管束会使涡流探头无法进入，对凝汽器钛管的安全运行构成一定的威胁。

随着技术的发展，高压射流冲洗越来越多的用于各种清洗活动，它利用柱塞泵产生的强大压力，对各种表面污垢进行冲洗，这种冲洗方法操作简便，成本底廉，并且冲洗效果良好。

用于核电厂凝汽器的清洗可有效地清洁钛管内壁，使钛管内壁表面达到较好的清洁
度，但是对于使用高压射流冲洗凝汽器钛管是否安全还没有进行过验证，下面就此问题从理论与实践两个方面进行验证。

1.高压射流冲洗的原理
1.1基本原理
利用柱塞泵产生40mpa的强大压力，通过专门设计不同形式的喷嘴，分别对表面结垢但尚未堵塞的钛管和完全堵塞的钛管进行冲洗。

整个冲洗过程可分为射流喷嘴进入冲洗和返回冲洗两个子过程，基本原理如下：
在射流喷嘴进入的冲洗过程中，附着在管束表面的粘泥及其它杂物被高压射流的压力水的冲击力，空蚀力的作用下，附着物与管壁剥离，并且滞留在管束的底部。

对于堵塞严重或完全堵塞的管束在前冲30°角射流的冲击及空蚀力的作用下，附着物被冲洗脱落在管束的底部。

当喷嘴被送到被冲洗管束的最前端，喷嘴送入冲洗过程结束，喷嘴拉出的冲洗过程开始，在高压射流的推动力及卷吸作用下，将附着污物拉出管束外。

在拉出过程中，高压射流沿管束圆周形成的向外移动的水膜层。

将污浊物拉出管外。

大些的沙粒以滚动的方式被送出管束外。

高压射流类似一个水铲，由于高压射流以30°的夹角与管束壁之间形成一层高压水膜层，并且30°夹角的高压射流与管中大些的沙粒在向外移动的过程中，形成一个变动的力偶产生滚动运动，被送出管外。

图1
图2
后方喷射喷嘴φ0.7×后9的单向喷嘴。

安装在高压软管的前端，在管内可自由摆动、前进、后退。

是一边除垢一边返回原位。

这种喷射头适用于管束内壁有污垢，管内通畅，冲洗效果好、速度快。

对于管孔被堵塞的情况，使用前后均有喷射喷嘴φ0.5×后9＋前5＋正前1的双向喷嘴。

前方喷孔冲洗除垢，后方喷孔清除剩余污垢，并向后冲洗污渣。

这种喷射头适用于管束几乎全堵塞或已完全堵塞的管束情况，其工作方式如同盾构机工作。

1.2高压射流冲洗的安全性
由于钛管的管壁很薄，只有0.3毫米，需要考虑的问题是在冲洗过程中，高压喷嘴本身是否会在高压水的冲击力的反作用下与管壁摩擦，造成凝汽器钛管的损坏，根据图2示，以流体力学的理论为依据，冲洗射流的冲击作用力为：
f■=■■·p■·s（1）（《流体力学基础》化学工业出版社）式中：f■――冲洗射流的冲击作用力。

n
m――系数，当l/d■≥10.7时m＝40.7
l――为射流计算断面距喷嘴出口处的距离。

m
d■――为水枪喷嘴直径。

m
p■－－喷嘴出口处射流断面上的平均动压。

mpa
s――为射流作用在l距离的壁面面积m■
当冲洗喷嘴及冲洗连接杆重量为g＝0.25kg时，如图，o’喷嘴位置。

如果冲洗嘴在管子里悬浮,根据公式（1），有
■■·p■·s+g=■■·p■·s
其中m=40.7，d■=0.0007m，d=0.0236m，p■=40mpa，r=d/2，s= d■×π×r，g=0.25，计算得l=x≈0.008m ，f■≈305.76n。

l值说明喷嘴在管子内是悬浮的，不会碰到管壁。

fl表示管子可能会受到的最大冲击力。

由结果可以看出，经过喷嘴到管壁这一段距离的损耗，实际上作用在管壁上的冲击力只有310牛/米2左右。

通过以上计算，从理论上看这冲洗废不会对管壁产生摩擦和冲击破坏。

2.实体实验
虽然通过计算证明了利用高压射流冲洗的方法可以安全的对凝汽器钛管壁进行安全的冲洗，但为了更确定地验证这一计算结果，特对这种冲洗方法进行一次摸拟试验。

2.1试验用具
(a)高压射流泵：型号3d2—s
(b)高压射流冲洗喷嘴型号:xn-9(喷嘴设计为9个30°后喷射孔,孔径为0.7mm。

)、xn-9-5（喷嘴设计为9个30°后喷射孔,5个前向30°喷嘴及一个前向喷嘴，孔径为0.5mm。

）
(c)凝汽器钛管模拟体。

说明：模拟体管件采用钛管，材质与现役设备上相同，管板采用不锈钢板代替，支撑板采用不锈钢板，装配间隙参照现役设备设计图纸。

2.2摸拟试验及结果
将2支钛管分别编为1、2号，选取适当位置编为位置a、b、c 号并测量记录冲洗前钛管外径尺寸数据；另标记2#管2/3处位置并记录2#管2/3处的外径尺寸数据。

为泵接上除盐水，并启动泵，将泵出口压力调到40mpa，稳定5分钟，使泵出口压力稳定。

使用xn-9型喷嘴对2支管子进行全部冲洗。

测量并记录记录钛管各选取位置的外径尺寸数据。

选择2#管道末端2/3处，用砂石填塞，更换喷嘴为xn-9-5，泵出口压力至40mpa，经过约30秒，所有填塞物均被冲开。

重复填塞冲洗5次，每次冲洗所用时间均在20-30秒之间，冲洗效果良好。

冲洗后记录此处的外径尺寸数据。

2.3数据分析
以上数据均是在冲洗后多次测量取平均值，从数据来看，钛管在冲洗前后外形数据没有明显变化，最大只有1丝左右，可以认为这是由于测量误差造成的，冲洗前后的钛管在外形尺寸上没有变化，用砂石填充处经长时间冲洗也没有变化。

3.pt检查
以上计算和试验均说明了利用高压射流冲洗方法没有使钛管产生形变，钛管外形没有变化，为了进一步验证这一结果，取一段钛管进行pt内表面检测，来验证冲洗对钛管内表面是否有损伤，由于2#管2/3处所受的冲洗时间最长，受损伤的可能性最大，故取2#管2/3处长约400mm的管段，从中间剖开，并做pt检查，pt检验由核工业无损检测中心实施，结果证明冲洗及冲洗过程中的砂石摩擦对钛管内壁没有造成表面伤害，钛管内表面完好无损。

4.实践应用
在我国某核电厂的停堆换料检修中，我们首次应用高压射流冲洗工艺对凝汽器进行了冲洗，冲洗效果良好，在电厂运行期间凝汽器的换热效率有了显著提高，在以后的多个运行周期中没有出现凝汽器钛管泄漏的缺陷，这证明利用高压射流冲洗工艺是安全的。

5.结论
利用高压射流冲洗的工艺对凝汽器钛管进行冲洗可有效去除钛管内壁的附着物，提高凝汽器的换热能力，减少凝汽器由于钛管堵塞引起钛管泄漏的几率，提高核电厂的凝汽器可用率和经济效益。

根据以上计算、实验和pt检验，说明采用高压射流冲洗工艺对核电厂凝汽器进行冲洗不会对凝汽器钛管造成伤害，这一工艺是安全的、经济的。

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【参考文献】
［１］陈文梅.流体力学基础.化学工业出版社.1995.
［２］机械设计手册.机械工业出版社，2001.。