快堆粘钠设备清洗回路的调试
刘绩伟，王景春，李凌霄，李君瑜，谢淳，禹春利，李烈
（中国原子能科学研究院，北京102413）
摘要：为了研究快堆粘钠设备的清洗技术，建造了粘钠设备清洗回路，该回路基于水蒸气-氮气清洗方法，主要设备包括低湿液氮贮槽、电热蒸汽发生器、清洗罐、废液收集罐、水蒸气冷凝器、水环真空泵、氢分析仪等.通过调试试验，发现了同路存在的间题和采取了相应的改进措施，使清洗间路的功能得到了 完善，并确定了请洗回路的操作步骤，为后续的糖钠设备清洗技术的研究摄供了保证，同时获得了根多可直接用于中国实验快堆（CEFR）设备清洗系统的经验.
关键调：粘钠设备：水蒸气-氮气清洗：回路调试
中国分类号：TL43 文章标志码：A
文章编号：0258-0918（2013)13-0238-07
Commissioningofthe CleaningLoopofSodium Contaminated Equipment in Sodium-cooled Fast Reactor
LIU Ji-wei WANG Jing-chun LI Ling-xiao LI Jun-yu XIE Chun YU Chun-li LI Xu
(China Institute of Atomic Energy Betjing 102413. China)
technology of sodium contatminated equipment in sodium-cooled fast reactor. The mainponents of the loop include a liquid nitrogen storage tank an electric heating steamgenerator a cleaning tank an effluent storage tank a condenser a vacuum pump and ahydrogen meter. After a series of missioning tests. some problerms were found and the corresponding improvement measures were taken. The experitment procedure of theloop which was confirmed by the missioning tests provided a guarantee for thefollowing studies on the cleaning technology of sodium contaminated equipment.Anumber of experiences gained from the missioning tests could be used in theequipment cleaning system of China Experimental Fast Reactor (CEFR).
Key words: sodium contaminated equipment; water vapor-nitrogen process; loop missioning
快堆采用液态金属钠作为冷却剂，由于钠 具有与水强烈反应和遇空气易的化学特性，
开展相关研究，设计和建造了粘钠设备清洗回路.本文介绍了该回路的主要参数、回路调试过程中所遇到的技术间题以及采取的相应措施.
因此给设备和管道的检查、维修及更换操作带来一定的困难，需要对粘钠设备进行清洗以除去设备上的残留钠，清洗过程实质上是金属钠与水的化学反应过程，该反应为激烈、瞬间的放 热反应，释放大量氢气，氢气遇到空气中的氧会有着火和爆炸的危险，同时产生氢氧化钠碱性腐蚀液.因此，开展粘钠设备清洗除钠技术检修、更换和退役做好技术准备，对反应堆运行 研究能为中国实验快堆（CEFR）设备和管道的的经济性和工作人员的安全性都大有益处.为
1 1回路主要设备和技术指标
粘钠设备清洗回路流程图见图1.该回路液收集罐、水蒸气冷凝器、水环真空泵、氢分析 由低湿液氮贮槽、电热蒸汽发生器、清洗罐、废仪、电导仪、管道、阀门和测量仅表等组成.
图1粘钠设备清洗回路流程图
Fig. 1 The flow chsrt of sodium contaminated equipment cleaning loop1-低湿液氮贮槽：2-电热蓝气发生器：3-济洗罐：4-离心泵：5-电导仪：6--废液收集铺： 7-水蒸气冷凝器：8-水环真空聚；9-气液分离器：10-氢分析仪
清洗粘钠部件时，首先建立氮气环境，将待清洗部件放人清洗罐内（图1设备3），然后向清洗罐内通人氮气和水蒸气，待清洗件上的钠与水蒸气反应，生成氢气.产生的氢气被氮气 和未反应的水蒸气稀释，水蒸气在冷凝器中冷凝为水，进人废液收集罐，不凝结的氮气和氢气经废气排出管道排入大气.
的氮气.主要的技术参数为：
内容积：5m；设计温度；-196℃C；工作压力：0.8MPs； 设计压力：1.02MPa;主体材质：内容器S30408外容器Q235B.
2）电热蒸汽发生器
下面简单介绍回路的主要设备和技术指标.
电热蒸汽发生器向清洗回路提供清洗所用的水蒸气.主要技术参数为：
1）低温液氮贮槽
电源：380V50Hz三相五线；
低温液氮贮槽的功能是给回路提供高纯度
设计压力：0.8MPa工作压力：0.1~0.7 MPa;最高工作压力：0.7MPa； 最高出口温度：169℃.
3）清洗罐
清洗罐是清洗粘钠设备的主要容器，通过管道与清洗介质连接，主要技术参数为：
型号：立式清洗罐；
罐体材料：S32168：容器容积：1.1m²；容器内径：800mm容器高度：3495mm； 设计压力：0.6MPa;设计湿度：200℃；
最高允许工作压力：0.6MPa.
4）水蒸气冷凝器
冷凝器是用于冷凝从清洗罐排出的未反应的水蒸气，水蒸气冷凝器为标准容器，壳程介质为冷却水，管程通过被冷却介质，主要的技术参数为：
型号：卧式管壳式换热器：
主体材质：S30408；
被冷却介质：氮气、水蒸气、氢气，主要是水蒸气：
冷御介质：水：
冷凝面积：10m²；
壳体外径：308mm；
容器长度：2044mm；
设计压力：管程0.6MPa，壳程0.6MPa；
程0.6 MPa1 最高工作压力：管程0.6MPa，壳
设计温度：管程200℃，壳程200℃.
5）废液收集罐
冷凝器内冷凝的液体.主要技术参数为： 废液收集罐主要用于收集清洗罐及水蒸气
型号：卧式收集罐：
罐体材料：S32168：容器内径：800mm； 容器容积：1.0m²；容器长度：2188mm；设计压力：0.55MPa；设计温度：100℃；
最高允许工作压力：0.55MPa.
2清洗工艺
清洗回路的工艺参数如下：清洗压力：0.15~0.45MPa；清洗盗度：120~155℃：水蒸气流量：25~200kg/h；氮气流量：25~200Nm²/h；
氢气含量：0%~4%；
漂洗液中NaOH浓度应低于0.1g/L.
清洗工艺主要包括水蒸气清洗和水清洗两个阶段，清洗工作开始前，首先建立起氮气情 性环境，将被清洗部件放人清洗罐内，然后向清洗罐内通人氮气和水蒸气，部件上的钠与水蒸气反应，生成氢氧化钠和氢气.产生的氢气被中冷凝为水，进人废液收集罐，不凝结的氮气和 氮气和未反应的水蒸气稀释，水蒸气在冷凝器氢气经废气排出管道排人大气.通过调节水蒸气和氮气混合气体的比例，控制排放气体中氢气含量始终低于4%，当排出气体中氢含量稳定且小于0.5%，并经延迟一段时间后，结束水 蒸气清洗操作，进人水清洗阶段，向清洗罐内注人自来水，若被清洗部件表面存在残存钠，氢气释放量增加，可根据氢分析仅监测到的氢含量决定注水速率或停止注水，甚至排出清洗水 予以控制；若发现还有大量的钠未被清洗，可以返回到水蒸气清洗阶段再次进行水蒸气清洗.当注水量达到一定高度后并且氢气含量低于0.5%时，启动循环水泵，进行闭式循环动态清洗，清洗结束后，清洗液排放至废液收集罐，经 过检测碱浓度pH达到6~9后方可排放.可以通过充氮气，并配合电加热干燥设备.
3清洗回路的调试
经过前期对回路的工艺流程、非标准设备和仪控电的施工设计后，利地完成了粘钠设备清洗除钠回路的建造.在回路投入正常的清洗试验之前，必须首先对其进行一系列的调试 试验，试验对象包括清洗罐、冷凝器、废液收集罐、电热蒸汽发生器、水环式真空泵、循环水泵、电导率仪表、氢分析仅以及仪控电设备等，回路调试的主要目的是：
度（氢气体积分数为0.1%）和高浓度（氢气体积分数为3%）的标准气进行校准.
缺陷或不足并予以解决或完善. 1）通过对回路各功能的调试，查找存在的
3.2氨气吹扫试验
2）通过测试，保证清洗回路在清洗过程中各设备能正常工作，各电动阀门能够准确控制开闭状态，各仅表能准确测量试验数据，回路的 工艺参数能够得到准确、稳定的控制.
氮气吹扫的目的主要是通过吹扫检查管路是否畅通，确定氮气能以≤200Nm²/h的流量 在清洗管路内流通，确认各阀门工作正常.
经过氮气吹扫试验发现气源供应氮气流量不稳定，氮气流量波动较大，无法稳定控制.以氮气流量为40m²/h为例，试验结果如图2所示.针对这一情况，决定在氮气汽化器出口管 路上安装1台氮气减压阀，安装减压阀后的试验结果如图3所示，可见，安装减压阀后，氮气供应流量明显稳定，可以准确控制.
3）通过调试，收集、整理并调整回路的运行参数，制定合理的运行方式.
清洗画路调试试验内容包括仪表调试、氮热、通蒸汽换热试验等功能试验. 气吹扫、抽真空、充氮气、注水循环试验、电加
3.1清洗回路测试仪表调试试验
回路安装的测量仪表主要有热电偶、热电阻、压力传感器、流量计、液位计以及电导仪和 氢分析仪，安装完成后需要对这些仪表进行校准、调试，确保能够准确测量回路各点的参数，保证实验顺利开展，得到准确的实验数据.
装前都进行过检定和校准，前三者在调试中没 热电偶、热电阻、压力传感器、流量计在安有出现问题，能正常显示读数：流量计在调试中遇到一些问题，氮气入口流量计读数总是不正确，经检查发现是由于流量计设置时没有考虑温度、压力对流量的影响，重新考虑了温压补偿 后，流量计显示的流量就是标准状况下的流量值了，不再受到温度和压力的影响，
图2安装减压阀前氮气流量Fig. 2 The nitrogen flow beforefixing a pressure relief valve
液位计共有两台，分别安装在清洗罐和废液收集罐.调试中发现，废液收集罐的液位计 工作正常，而清洗罐的液位计却不能正常指示液位.这是由于清洗罐安装的是差压式波位计，在设备和仅表安装中由于将液位计下端接口与自来水进水管道口的高度一致，导致液位计不能正常显示，所以将清洗罐液位计下端接 口的高度调整到低于自来水管道进口，经试验验证，清洗罐的液位计可以正常显示实际液位.
电导仪和氢分析仪在使用前要进行校准.0.01mol/L的标准氧化钾溶液，使用电导率仪 电导仪校准过程简述如下：首先配制浓度为表测试此标准氯化钾溶液，得到测量值.根据测量值和标准值计算出电导率常数，据此调整电导率仪表的常数，最终使电导率仪表的测量 值和标准值一致，校准完成.
Fig. 3 The nitrogen fiow after 图3安装减压阀后氮气流量fixing a pressure relief valve
氢分析仪本身含有校准功能，需要用低浓
3.3回路抽真空及充氟气试验
正常运行.
为了使清洗回路处于无氧的状态，需要对应产生的氯气和氧气反应引起燃烧和爆炸. 回路进行抽真空及充氮气试验，以防止钠水反
3.5电加热试验
根据工艺设计要求，需要对水蒸气相关管加热试验的目的是检查各电加热丝的工作状 路电加热至120℃，清洗罐加热至80℃.电态，记录加热至要求湿度的时间，确认各测温仪表是否正常工作，
抽真空试验时，水环真空泵工作性能良好，回路能在10min内就能够达到要求的真空度，即一90kPa以上，并且保压效果很好，接着充氮气对回路进行氮气置换.但是，在原清洗回 路中，由于水环真空泵之后未安装汽水分离器，导致了真空泵腔排出的水随抽出的废气经排气管路排出，并使氢分析仪无法进行监测.所以，在水环式真空泵后增加了汽水分离器，防止了 排气管路出现大量积水的现象，
作，但是管道加热至120℃所用时间过长.分 试验发现，各管路电加热丝虽然能正常工析表明，这是由于加热丝数量少，加热功率较低所导致.所以将预设的备用加热丝全部投人使功率，以其中一条管路电加热试验结果为例， 用，使加热丝数量提高一倍，并提高原有的加热比较了改进前后的试验结果，见表1.改进前，将管道加热到预设的120℃需要464min.导致清洗试验前需要的准备时间过长；改进后，加热时间缩短为41min，提高了试验效率.
3.4注水循环试验
对清洗罐进行注水循环试验的目的是检查循环水泵的工作状态.
常运行，运转平稳，噪声较小，水循环回路可以 注水循环调试试验发现，循环水泵可以正
Table 1 The contrast of eleetric heating time
表1电加热试验加热时间对比
温度/C加热时间/min 30 50 70 90 110 120改进前 欢进后 0 24 7 89 13 172 353 4640 22 34 1
3.6通蒸汽换热试验
同时，电热蒸汽发生器的产汽量应满足200kg/h的要求.
氮气清洗工艺是否能够实施，因为与钠未反应 冷凝器的换热能力的好坏关系到水蒸气-的大量水蒸气将通过排气管道排出，造成氢分析仅不能监测钠水反应产生的氯气，也就无法控制钠水反应的反应速度；从工程的角度考虑，随废气排出的大量的水蒸气在排气管道上会冷 凝成水，并进人到相邻的系统中而引起安全隐患：因此水蒸气的冷凝效率应达到90%以上：
试验时，调节水蒸气人口流量，保证人口流量稳定，分别记录通人蒸汽前后废液收集罐液位值，以此计算出由冷凝器冷却的水蒸气的量，计算清洗罐中冷却的水蒸气量，以上二者之和凝效率，试验结果见表2. 与通人回路的水蒸气的量之比即为水蒸气的冷
表2不同流量下通蒸汽换热试验结果
Table 2 The resuls of steam beat exchange experiments nder different flow rates
试验时间/ 水蒸气流量/ 冷基器冷展量/ 清洗罐冷凝量/ 冷摄效率/%sis 35 kg. h-1 47.23 24.24 kg 1. 58 kg 94.530 89.17 39. 45 1.57 92.030 153.5 71. 80 3.17 97.7
