冰塞工作研究

冰塞工作研究

薛恩宠,王永鹏,庄泽楠,陈鑫

中核国电漳州能源有限公司 福建省 漳州市 363300

摘要：冰塞技术最早出现在20世纪末西方国家检修领域，目前已广泛应用于石化、电力企业，我国多个核电厂已经掌握了该技术的应用。掌握冰塞形成的规律，降低冰塞对管道的影响，了解低温环境对管道材质的影响程度，做出合理评估，就能控制冰塞技术应用带来的风险。

关键字：核电厂；冰塞；隔离；风险

前 言

冰塞技术就是利用专用装置将管道内部介质冻结成冰柱，以承受一定的压差，从而实现工艺系统隔离的功能。冰塞的形成是将夹套固定在管道上合适的位置，夹套中注入冷媒后，管道内的液体介质开始冷却，从管壁向内逐渐结冰，最后形成了比夹套稍长的、两端各带一个水腔的圆柱形冰塞。冰塞是否成功取决于液体冰点，管道尺寸，初始温度，连接的管道是否有液体流动，管道的布置等诸多因素。

图1：液氮冰塞制作示意图

图2：干冰冰塞制作示意图

图3：冰塞的形成过程

冰塞形成的两个过程：管壁两侧介质的传热过程；管壁内介质温度达到凝结温度以下时，该介质凝结成固态的过程。

冰塞常用冷冻介质有：液氮、干冰等。

冰塞作业的六个阶段：风险评估、方案拟定、方案决策、方案实施、方案实施反馈、冰塞技术总结。

本文针对国内核电厂冰塞作业失效的部分案例，基于相关论文、维修大数据等资料对冰塞作业的失效形式及预防措施进行研究。

一、缺陷情况

1. 冰塞作业中冰封融化

2021年6月10日，某电厂处于102大修期间，在1-11206门口，使用冰塞隔离安装爆破阀检修用压力监测装置，工作完成后解除冰塞后，因压力监测装置上排气阀内漏导致跑水。该跑水造成1-11206门口地面和工具材料轻微污染，面积约为4㎡，泄漏量约为5L。

2. 因冰塞融化导致跑水

某电站在处理1-7151-V4617解体检查消除内漏后，作为隔离点的7151-V4617下游冰塞融化，导致阀门下游的生活水通过热水箱出口管线放气阀7151-V4852大量跑水，之后为防止继续跑水，运行人员关闭了7151-V4617。事件导致生活水大量跑水至冷冻机房间地面，并渗漏到楼下凝结水处理控制室屋顶。

3. 冰塞脱落造成重水严重溢出导致延长大修100小时及人员污染

2018年12月30日，阿根廷ATUCHA电厂1号机处于无压冷停堆模式，过滤器TA53/54N01因堵塞而被迫检修。过滤器的作用是保护主冷却泵的密封。为了完成这项任务，必须制作冰塞，冰塞是一回路系统和过滤器之间的隔离手段。决定将冷源放置在过滤房间外，并对2个冷冻套管进行串联配置。

2018年12月31日凌晨1时30分左右，通过对管道上结霜情况的观察，初步判定冰塞隔离完成。运行人员拆卸两个过滤器的端盖。其后，由于测得氚活度增加，辐射防护员要求等待执行任务的人员转移到附近的房间。此时系统处于开口状态，没有将过滤器及端盖回转就位。

大约在4时30分，开始执行TA54N001过滤器的检修工作。由于房间30DAC内氚活度上升，辐射防护员要求所有工作人员离开房间，本次为最后一次对冰塞进行目视检查。此时两个过滤器均保持在打开状态，等待工作人员对过滤器容器进行检查。

大约在5时30分，维修人员观察到有重水通过TA54过滤器流失。汇报当班值长，值长立即采取一定的缓解措施，降低了一回路的系统压力。随后机械工作负责人进入房间，尝试将盖子放入漏水的TA54过滤器中，安装过程中，工作人员被D2O打湿，暂停回装任务，离开房间时，他注意到TA53也有重水损失，表明第二个冰塞已经脱落，两路冰塞失效总共损失9.5吨重水。

二、原因分析

1. 冰塞作业中冰封融化：由于冰塞位于管道内部，无法直观看到其是否融化，冰塞融化所需时间没有数据，且受环境、介质温度影响较大，工作负责人根据以往冰塞作业经验，判断冰塞已经融化，观察确认监测装置与系统连接法兰、排气阀出口无外漏后便离开。但实际此次冰塞融化时间较以往更长，判断失误。

2. 因冰塞融化导致跑水：解除隔离点的冰塞前，隔离阀7151-V4617未及时关闭。

3. 冰塞脱落造成重水严重溢出导致延长大修100小时及人员污染：由于现场环境剂量较高，为避免过量的剂量照射，工作人员退出了工作区域。冰塞实施过程中工作人员未在冰塞作业现场就地监测冰塞结霜情况且未测量冰塞夹套两端的温度变化，导致未能实时关注冰塞融化的趋势，出现冰塞失效。

三、总结

  当电厂设备出现故障需维修而隔离设备不可用的工况下，冰塞是对设备进行隔离的有效手段，可以避免机组停运，对经济性有着重大意义。

根据资料统计，冰塞作业存在冰塞失效、管道破裂两种风险。

1、冰塞失效的可能原因：

1）液氮、干冰供应不足或附近有热源导致环境温度变化导致冰塞融化；

2）干冰或夹套与管道接触不好。

2、造成管道破裂的原因：

1）水变成冰体积增大导致管道破裂；

2）管道超载或遭受冲击；

3）焊缝存在缺陷；

4）冷冻速度过快。

对于冰塞冰塞失效、管道破裂两种风险有如下预防措施。

1、冰塞失效处理措施：

1）冰塞形成后依旧要保持冷媒的持续供给；

2）紧固夹套缩小与管道间隙；

3）远离热源（如焊接）。

2、管道破裂处理措施：

1）避免形成高压环境；

2）避免管道冲击；

3）尽量远离焊缝。

参考文献

[1]刘媛.冰塞形成过程中管道温度场理论研究[J].科技资讯,2012 (06)

[2]谢林君,沈昕,林韩波,张维，胡明磊，边春华.工业管道液氮冰塞试验及应力分布研究[J].低温工程.2020 (06)

1