TCNEA-核電廠重要部件水射流處理技術(shù)規(guī)范編制說明

《核電廠重要部件水射流處理技術(shù)規(guī)范》編制說明（征求意見稿）一、工作簡況1、任務(wù)來源本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位為：蘇州熱工研究院有限公司、上海核工程研究設(shè)計院有限公司、廣西防城港核電有限公司、中核核電運行管理有限公司、大亞灣核電運營管理有限責(zé)任公司、廣州市藍(lán)環(huán)涂裝有限公司、洛陽圣瑞智能機器人有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)編制的起始時間為：2022年1月1日至2022年12月31日。本標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位正在與中國核能行業(yè)協(xié)會簽訂“中國核能行業(yè)協(xié)會團體標(biāo)準(zhǔn)制修訂專項技術(shù)服務(wù)合同”。預(yù)計2022年11月簽訂合同。2、主要工作過程起草階段：2022年1月至10月征求意見階段：待定3、主要參加單位和工作組成員及其所作的工作等序號主要參加單位工作組成員具體工作1蘇州熱工研究院有限公司彭群家、韓姚磊、孫永亮、劉曉軍標(biāo)準(zhǔn)起草、示范案例開發(fā)2上海核工程研究設(shè)計院有限公司孟凡江、李玲、左波、丁宗華標(biāo)準(zhǔn)起草3廣西防城港核電有限公司王琪標(biāo)準(zhǔn)起草4中核核電運行管理有限公司欒興峰標(biāo)準(zhǔn)起草5大亞灣核電運營管理有限責(zé)任公司白榮國標(biāo)準(zhǔn)起草6廣州市藍(lán)環(huán)涂裝有限公司朱建偉示范案例開發(fā)7洛陽圣瑞智能機器人有限公司張定軍示范案例開發(fā)二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容1、標(biāo)準(zhǔn)編制原則本標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)符合實際需求，以科學(xué)性、實用性為原則進行本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。（1）科學(xué)性本標(biāo)準(zhǔn)建立了核電廠重要部件水射流處理技術(shù)規(guī)范，并進行了實驗驗證。（2）實用性本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了核電廠重要部件水射流處理過程，包括去污清洗處理、除銹處理、空化水射流沖擊表面強化處理，并推薦了具體工藝參數(shù)，可指導(dǎo)水射流技術(shù)在核電廠的應(yīng)用，實用性強。2、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)聚焦于核電廠重要部件水射流處理技術(shù)使用的基本環(huán)節(jié)，并根據(jù)主要環(huán)節(jié)確定標(biāo)準(zhǔn)主體內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)主體章節(jié)技術(shù)和內(nèi)容根據(jù)核電廠重要部件水射流處理的主要過程確定，包括適用范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、水射流處理的主要核電站部件、作業(yè)組織、水射流處理設(shè)備要求、水射流處理工藝參數(shù)要求、水射流處理關(guān)鍵步驟、水射流處理效果驗收方法、附錄。3、解決的主要問題核電廠重要設(shè)備在長期服役過程中面臨腐蝕損傷問題。重要管道、容器等在服役過程中與腐蝕性介質(zhì)（酸、堿、放射性廢液）長期接觸，由于涂層失效導(dǎo)致基體腐蝕減薄或穿孔，嚴(yán)重時需更換整個部件，周期長、成本高；由于涂層老化，每隔10-20年需定期翻新涂層。一回路重要部件壓力容器、蒸汽發(fā)生器、回路管線等服役環(huán)境為高溫高壓水，焊縫位置存在殘余應(yīng)力，并承受結(jié)構(gòu)應(yīng)力，應(yīng)力腐蝕不可避免，局部開裂導(dǎo)致泄露。因此，腐蝕損傷問題影響核電廠長期安全運行。核電廠重要設(shè)備需要針對腐蝕損傷問題開展治理。對于核電廠管道、容器等腐蝕問題，目前通常采用傳統(tǒng)手工作業(yè)治理。施工過程中需要搭建腳手架，存在高風(fēng)險作業(yè)、拆除成本較高的問題。采用人工打磨、噴砂清除老舊涂層，存在氣衣?lián)p壞人員內(nèi)污染風(fēng)險，以及墜落、窒息、落水等安全風(fēng)險。采用人工重新噴涂。存在成本高、風(fēng)險高、傳統(tǒng)施工工藝作業(yè)效率低下的問題。對于一回路焊縫部位應(yīng)力腐蝕治理，日本三菱重工公司已經(jīng)對至少20個反應(yīng)堆進行了40多次空化水射流沖擊表面強化治理技術(shù)的工程應(yīng)用，阿?，m公司也成功應(yīng)用于反應(yīng)堆壓力容器的強化處理，但國內(nèi)尚無相關(guān)治理技術(shù)和方法。因此，需開發(fā)表面清理去污和強化的自動化處理技術(shù)，解決腐蝕損傷治理難題。高壓水射流技術(shù)是通過高壓水沖擊表面實現(xiàn)除漆、除銹、去污等表面清理以及局部強化的一種先進技術(shù)，是核電廠腐蝕損傷治理的重要技術(shù)手段。通過研發(fā)搭載高壓水射流的機器人技術(shù)，可高效去除管道容器內(nèi)老化的防腐涂層等。針對結(jié)垢換熱管、海生物附著管道等，采用高壓水射流進行清洗，提高換熱效率。針對一回路焊縫等局部薄弱部位，利用空化水射流沖擊表面，產(chǎn)生壓應(yīng)力層，提高抗腐蝕開裂能力，延長服役壽命。高壓水射流技術(shù)可以解決國內(nèi)外核電廠重要管道、容器罐體壽期內(nèi)定期維護、翻新與延壽遇到的技術(shù)瓶頸，提高設(shè)備可靠性。因此，鑒于當(dāng)前行業(yè)的現(xiàn)實需求，亟需編制核電廠重要部件水射流處理技術(shù)規(guī)范，更好的在核電廠推廣高壓水射流技術(shù)。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了核電站重要部件水射流處理技術(shù)的基本要求和基本步驟。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水射流處理設(shè)備要求：包括低壓水路和高壓水路、高壓泵壓力參數(shù)、安全措施、噴嘴、信號監(jiān)測及控制等。本標(biāo)準(zhǔn)制定了水射流處理工藝參數(shù)要求：包括噴嘴類型、靶距、處理壓力、次數(shù)等。本標(biāo)準(zhǔn)制定了水射流處理關(guān)鍵步驟：包括試驗前調(diào)試、處理過程等步驟。本標(biāo)準(zhǔn)制定了水射流處理效果驗收方法：包括去污清洗和除銹驗收方法、空化水射流沖擊表面強化處理驗收方法。三、主要試驗（或驗證）情況本標(biāo)準(zhǔn)提供了核電廠重要部件水射流處理技術(shù)規(guī)范，主要試驗情況如下：1）、高壓水射流除漆除銹試驗以帶彎道的公稱直徑為DN700mm的半封閉式管道為試驗對象，采用定制的旋轉(zhuǎn)噴槍和回轉(zhuǎn)保持架開展水射流試驗。高壓水泵和射流噴裝置（含槍回轉(zhuǎn)保持架）分別見圖3-1和圖3-2。噴嘴規(guī)格選擇內(nèi)徑0.35mm，流量選擇3.68L/min，靶距選擇50mm，射流壓力取180MPa和200MPa，噴射時間選擇單圈連續(xù)打擊30s、60s和90s。本說明所介紹內(nèi)容是在上述條件下開展的高壓水噴射除漆除銹工藝試驗。試驗現(xiàn)場見圖3-3。圖3-1超高壓水泵圖3-2設(shè)計定制的水射流噴裝置（含槍及回轉(zhuǎn)保持架）圖3-3高壓水射流除漆除銹工藝試驗現(xiàn)場在180MPa和200MPa壓力、噴槍轉(zhuǎn)速55r/min條件下，對涂裝700μm厚Interzone954涂層的DN700直管段進行連續(xù)噴射，噴射寬度約60mm，噴射時間分別選取單圈連續(xù)打擊30s、60s和90s，除漆效果分別見3-4、圖3-5和圖3-6。圖3-4噴射時間30s、壓力分別為180MPa和200MPa處理后工件表面狀態(tài)圖3-5噴射時間60s、壓力分別為180MPa和200MPa處理后工件表面狀態(tài)圖3-6噴射時間90s、壓力分別為180MPa和200MPa處理后工件表面狀態(tài)通過分析對比上述實驗結(jié)果可知，對于內(nèi)壁涂裝膜厚700μm的Interzone954涂層的管道而言，如需將油漆全部清除至金屬基體，在兼顧效率的情況下可考慮將水壓繼續(xù)提升至200MPa以上。按照90s去除60mm寬度的效率進行測算，處理DN700mm管道的效率（也即噴射裝置整體移動速度）為2.4m/h。如僅需去除油漆表面老化層，水壓選擇180MPa可滿足需求。按照30s去除60mm寬度的效率進行測算，處理DN700mm管道的效率（也即噴射裝置整體移動速度）為7.2m/h；如果將去除老化層的程度進一步降低，則可提升處理效率，如果同時搭配200MPa以上的水壓，則可進一步提升處理效率。具體參數(shù)選擇與涂層狀況（厚度、類型、老化程度等）存在一定關(guān)聯(lián)。2）、空化水射流沖擊表面強化處理試驗以316L不銹鋼為對象，采用空化水射流沖擊材料表面強化裝備開展試驗。試驗設(shè)備如圖3-7所示。試驗壓力為0-50MPa，處理時間為10-600s，噴嘴幾何形狀、噴嘴與處理部件靶距等參數(shù)固定。圖3-7空化水射流沖擊材料表面強化試驗裝備從圖3-8可以看出，隨著工作壓力的增加，材料表面殘余應(yīng)力總體呈上升趨勢。當(dāng)工作壓力低于30MPa時，水射流致殘余壓應(yīng)力快速增加。進一步提高工作壓力，殘余應(yīng)力達到穩(wěn)定值，表面殘余壓應(yīng)力略低于500MPa。圖3-8空化水射流沖擊表面強化處理后表面殘余應(yīng)力隨工作壓力變化曲線從圖3-9可以看出，殘余壓應(yīng)力隨噴射時間增加而增大，60秒后達到穩(wěn)定。分析認(rèn)為空化水射流處理存在時間飽和現(xiàn)象，當(dāng)處理時間較短時，空化水泡破裂產(chǎn)生的沖擊力持續(xù)引起表面微觀結(jié)構(gòu)改變，材料表層變形不斷積累，當(dāng)達到一定閾值時，表面積累變形與當(dāng)前空化水泡破裂產(chǎn)生的沖擊作用相互平衡，組織不再明顯改變，殘余應(yīng)力也不再繼續(xù)增加。圖3-9空化水射流沖擊表面強化處理后表面殘余應(yīng)力隨噴射時間變化曲線空化水射流沖擊表面強化效果驗證試驗以核電站一回路主管道用316L不銹鋼為研究對象。由于材料原始態(tài)應(yīng)力腐蝕開裂敏感性低，為提高處理效果影響，先進行冷軋?zhí)幚?，使材料變形量?0%，提高應(yīng)力腐蝕開裂敏感性，然后進行高溫高壓水環(huán)境應(yīng)力腐蝕開裂行為研究。應(yīng)力腐蝕開裂樣品尺寸為直徑8mm的圓棒樣品，平行段長15mm，采用雙平面設(shè)計，兩側(cè)為圓弧形?？栈幚聿课粸槠叫卸蔚膬蓚€平面，如圖3-10所示。實驗環(huán)境為溫度320℃，壓力13MPa，溶解氧200ppb的高溫高壓水環(huán)境。應(yīng)變拉伸速率為3*10-7s-1。實驗后采用掃描電子顯微鏡觀察并統(tǒng)計裂紋萌生情況，判斷SCC敏感性。圖3-10應(yīng)力腐蝕開裂樣品結(jié)構(gòu)示意圖從圖3-11慢應(yīng)變速率拉伸樣品表面裂紋形貌觀察結(jié)果可以看出，應(yīng)變?yōu)?%時，未處理樣表面產(chǎn)生大量應(yīng)力腐蝕裂紋，而空化水射流沖擊表面強化后，基本未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象，如圖3-11所示。由此可見，空化水射流強化處理有效提高了材料的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。（a）（b）圖3-11經(jīng)過5%應(yīng)變樣品表面開裂形貌觀察，（a）未處理樣品；（b）處理樣品四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利。五、預(yù)期達到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用等情況通過本標(biāo)準(zhǔn)的制定,可以規(guī)范水射流處理技術(shù)在核電廠重要部件中的應(yīng)用方法,促進國內(nèi)相關(guān)核電運營公司、核電技術(shù)服務(wù)公司以及科研機構(gòu)間對核電廠重要部件表面水射流去污清洗、除銹以及空化水射流沖擊表面強化處理的規(guī)范性、通用性、一致性以及可靠性。本標(biāo)準(zhǔn)中水射流去污清洗、除銹及強化處理的實施應(yīng)用，可以有效去除表面附著物，改善核電廠重要部件表面清潔狀態(tài)，提高核電廠運行效率，同時延長核電設(shè)備部件服役壽命，保障核電安全運行。六、與國際、國外對比情況本標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程中借鑒了如下標(biāo)準(zhǔn)：1）GB26148高壓水射流清洗作業(yè)安全規(guī)范2）JB/T8093高壓水射流設(shè)備七、