TCNEA-核电厂重要部件水射流处理技术规范编制说明

《核电厂重要部件水射流处理技术规范》编制说明（征求意见稿）一、工作简况1、任务来源本标准的主要起草单位为：苏州热工研究院有限公司、上海核工程研究设计院有限公司、广西防城港核电有限公司、中核核电运行管理有限公司、大亚湾核电运营管理有限责任公司、广州市蓝环涂装有限公司、洛阳圣瑞智能机器人有限公司。本标准编制的起始时间为：2022年1月1日至2022年12月31日。本标准牵头单位正在与中国核能行业协会签订“中国核能行业协会团体标准制修订专项技术服务合同”。预计2022年11月签订合同。2、主要工作过程起草阶段：2022年1月至10月征求意见阶段：待定3、主要参加单位和工作组成员及其所作的工作等序号主要参加单位工作组成员具体工作1苏州热工研究院有限公司彭群家、韩姚磊、孙永亮、刘晓军标准起草、示范案例开发2上海核工程研究设计院有限公司孟凡江、李玲、左波、丁宗华标准起草3广西防城港核电有限公司王琪标准起草4中核核电运行管理有限公司栾兴峰标准起草5大亚湾核电运营管理有限责任公司白荣国标准起草6广州市蓝环涂装有限公司朱建伟示范案例开发7洛阳圣瑞智能机器人有限公司张定军示范案例开发二、标准编制原则和主要内容1、标准编制原则本标准开发符合实际需求，以科学性、实用性为原则进行本标准的制定工作。（1）科学性本标准建立了核电厂重要部件水射流处理技术规范，并进行了实验验证。（2）实用性本标准规定了核电厂重要部件水射流处理过程，包括去污清洗处理、除锈处理、空化水射流冲击表面强化处理，并推荐了具体工艺参数，可指导水射流技术在核电厂的应用，实用性强。2、标准主要内容的依据本标准聚焦于核电厂重要部件水射流处理技术使用的基本环节，并根据主要环节确定标准主体内容。本标准主体章节技术和内容根据核电厂重要部件水射流处理的主要过程确定，包括适用范围、规范性引用文件、术语和定义、水射流处理的主要核电站部件、作业组织、水射流处理设备要求、水射流处理工艺参数要求、水射流处理关键步骤、水射流处理效果验收方法、附录。3、解决的主要问题核电厂重要设备在长期服役过程中面临腐蚀损伤问题。重要管道、容器等在服役过程中与腐蚀性介质（酸、碱、放射性废液）长期接触，由于涂层失效导致基体腐蚀减薄或穿孔，严重时需更换整个部件，周期长、成本高；由于涂层老化，每隔10-20年需定期翻新涂层。一回路重要部件压力容器、蒸汽发生器、回路管线等服役环境为高温高压水，焊缝位置存在残余应力，并承受结构应力，应力腐蚀不可避免，局部开裂导致泄露。因此，腐蚀损伤问题影响核电厂长期安全运行。核电厂重要设备需要针对腐蚀损伤问题开展治理。对于核电厂管道、容器等腐蚀问题，目前通常采用传统手工作业治理。施工过程中需要搭建脚手架，存在高风险作业、拆除成本较高的问题。采用人工打磨、喷砂清除老旧涂层，存在气衣损坏人员内污染风险，以及坠落、窒息、落水等安全风险。采用人工重新喷涂。存在成本高、风险高、传统施工工艺作业效率低下的问题。对于一回路焊缝部位应力腐蚀治理，日本三菱重工公司已经对至少20个反应堆进行了40多次空化水射流冲击表面强化治理技术的工程应用，阿海珐公司也成功应用于反应堆压力容器的强化处理，但国内尚无相关治理技术和方法。因此，需开发表面清理去污和强化的自动化处理技术，解决腐蚀损伤治理难题。高压水射流技术是通过高压水冲击表面实现除漆、除锈、去污等表面清理以及局部强化的一种先进技术，是核电厂腐蚀损伤治理的重要技术手段。通过研发搭载高压水射流的机器人技术，可高效去除管道容器内老化的防腐涂层等。针对结垢换热管、海生物附着管道等，采用高压水射流进行清洗，提高换热效率。针对一回路焊缝等局部薄弱部位，利用空化水射流冲击表面，产生压应力层，提高抗腐蚀开裂能力，延长服役寿命。高压水射流技术可以解决国内外核电厂重要管道、容器罐体寿期内定期维护、翻新与延寿遇到的技术瓶颈，提高设备可靠性。因此，鉴于当前行业的现实需求，亟需编制核电厂重要部件水射流处理技术规范，更好的在核电厂推广高压水射流技术。本标准规定了核电站重要部件水射流处理技术的基本要求和基本步骤。本标准规定了水射流处理设备要求：包括低压水路和高压水路、高压泵压力参数、安全措施、喷嘴、信号监测及控制等。本标准制定了水射流处理工艺参数要求：包括喷嘴类型、靶距、处理压力、次数等。本标准制定了水射流处理关键步骤：包括试验前调试、处理过程等步骤。本标准制定了水射流处理效果验收方法：包括去污清洗和除锈验收方法、空化水射流冲击表面强化处理验收方法。三、主要试验（或验证）情况本标准提供了核电厂重要部件水射流处理技术规范，主要试验情况如下：1）、高压水射流除漆除锈试验以带弯道的公称直径为DN700mm的半封闭式管道为试验对象，采用定制的旋转喷枪和回转保持架开展水射流试验。高压水泵和射流喷装置（含枪回转保持架）分别见图3-1和图3-2。喷嘴规格选择内径0.35mm，流量选择3.68L/min，靶距选择50mm，射流压力取180MPa和200MPa，喷射时间选择单圈连续打击30s、60s和90s。本说明所介绍内容是在上述条件下开展的高压水喷射除漆除锈工艺试验。试验现场见图3-3。图3-1超高压水泵图3-2设计定制的水射流喷装置（含枪及回转保持架）图3-3高压水射流除漆除锈工艺试验现场在180MPa和200MPa压力、喷枪转速55r/min条件下，对涂装700μm厚Interzone954涂层的DN700直管段进行连续喷射，喷射宽度约60mm，喷射时间分别选取单圈连续打击30s、60s和90s，除漆效果分别见3-4、图3-5和图3-6。图3-4喷射时间30s、压力分别为180MPa和200MPa处理后工件表面状态图3-5喷射时间60s、压力分别为180MPa和200MPa处理后工件表面状态图3-6喷射时间90s、压力分别为180MPa和200MPa处理后工件表面状态通过分析对比上述实验结果可知，对于内壁涂装膜厚700μm的Interzone954涂层的管道而言，如需将油漆全部清除至金属基体，在兼顾效率的情况下可考虑将水压继续提升至200MPa以上。按照90s去除60mm宽度的效率进行测算，处理DN700mm管道的效率（也即喷射装置整体移动速度）为2.4m/h。如仅需去除油漆表面老化层，水压选择180MPa可满足需求。按照30s去除60mm宽度的效率进行测算，处理DN700mm管道的效率（也即喷射装置整体移动速度）为7.2m/h；如果将去除老化层的程度进一步降低，则可提升处理效率，如果同时搭配200MPa以上的水压，则可进一步提升处理效率。具体参数选择与涂层状况（厚度、类型、老化程度等）存在一定关联。2）、空化水射流冲击表面强化处理试验以316L不锈钢为对象，采用空化水射流冲击材料表面强化装备开展试验。试验设备如图3-7所示。试验压力为0-50MPa，处理时间为10-600s，喷嘴几何形状、喷嘴与处理部件靶距等参数固定。图3-7空化水射流冲击材料表面强化试验装备从图3-8可以看出，随着工作压力的增加，材料表面残余应力总体呈上升趋势。当工作压力低于30MPa时，水射流致残余压应力快速增加。进一步提高工作压力，残余应力达到稳定值，表面残余压应力略低于500MPa。图3-8空化水射流冲击表面强化处理后表面残余应力随工作压力变化曲线从图3-9可以看出，残余压应力随喷射时间增加而增大，60秒后达到稳定。分析认为空化水射流处理存在时间饱和现象，当处理时间较短时，空化水泡破裂产生的冲击力持续引起表面微观结构改变，材料表层变形不断积累，当达到一定阈值时，表面积累变形与当前空化水泡破裂产生的冲击作用相互平衡，组织不再明显改变，残余应力也不再继续增加。图3-9空化水射流冲击表面强化处理后表面残余应力随喷射时间变化曲线空化水射流冲击表面强化效果验证试验以核电站一回路主管道用316L不锈钢为研究对象。由于材料原始态应力腐蚀开裂敏感性低，为提高处理效果影响，先进行冷轧处理，使材料变形量为10%，提高应力腐蚀开裂敏感性，然后进行高温高压水环境应力腐蚀开裂行为研究。应力腐蚀开裂样品尺寸为直径8mm的圆棒样品，平行段长15mm，采用双平面设计，两侧为圆弧形。空化水处理部位为平行段的两个平面，如图3-10所示。实验环境为温度320℃，压力13MPa，溶解氧200ppb的高温高压水环境。应变拉伸速率为3*10-7s-1。实验后采用扫描电子显微镜观察并统计裂纹萌生情况，判断SCC敏感性。图3-10应力腐蚀开裂样品结构示意图从图3-11慢应变速率拉伸样品表面裂纹形貌观察结果可以看出，应变为5%时，未处理样表面产生大量应力腐蚀裂纹，而空化水射流冲击表面强化后，基本未发现应力腐蚀开裂现象，如图3-11所示。由此可见，空化水射流强化处理有效提高了材料的抗应力腐蚀开裂性能。（a）（b）图3-11经过5%应变样品表面开裂形貌观察，（a）未处理样品；（b）处理样品四、标准中涉及专利的情况本标准不涉及专利。五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况通过本标准的制定,可以规范水射流处理技术在核电厂重要部件中的应用方法,促进国内相关核电运营公司、核电技术服务公司以及科研机构间对核电厂重要部件表面水射流去污清洗、除锈以及空化水射流冲击表面强化处理的规范性、通用性、一致性以及可靠性。本标准中水射流去污清洗、除锈及强化处理的实施应用，可以有效去除表面附着物，改善核电厂重要部件表面清洁状态，提高核电厂运行效率，同时延长核电设备部件服役寿命，保障核电安全运行。六、与国际、国外对比情况本标准开发过程中借鉴了如下标准：1）GB26148高压水射流清洗作业安全规范2）JB/T8093高压水射流设备七、