核电站管道及设备保温材料分析

许克凤 王 凯 吴振峰

（中国核电工程有限公司，中国 北京 100840）

0 前言

为减少设备、管道及其附件向周围散热，在其外表面采取的包裹措施称保温；为减少环境中的热量传入低温设备和管道内部，防止低温设备和管道外壁表面凝露，在其外的包裹措施称为保冷。

为了保证系统的正常和良好运作,核电站内管道和设备采取了保温措施。本文将从以下几个方面对已建和第三代核电站保温材料进行比较分析。

1 保温结构种类及其使用范围

在国内已建核电站中，主要采用了4种不同的保温结构：即永久性保温，应用于不需作役前或定期在役检查的管道和设备上，其外壳采用不锈钢板或铝板，内填充玻璃纤维保温瓦，采用自攻螺钉将外壳固定在保温瓦上；单壁可拆卸，应用于不需要作在役检查、仅需定期检修的设备和管件上，其外壳采用不锈钢或铝板，内填充带金属丝网的玻璃棉纤维，用与外壳相同的刺钉固定；单壁半可拆，该结构仅适用于冷保温，因冷保温中防水密封层拆卸后不能重复使用，只有外壳可再用，因此称作“半可拆”保温，对于核岛厂房内保温材料采用带金属丝网的玻璃棉纤维，外壳用不锈钢，核岛厂房外的外壳采用铝板；双壁可拆，用于需作在役检查的设备和管道上，其内、外壁为不锈钢板，内外壁之间填充玻璃棉纤维。

而第三代核电站仅采用了两种保温结构：即永久性保温，用于不需作役前或定期在役检查的管道和设备上，其外壳为不锈钢板，里面填充相应的保温材料；另一种为双壁可拆卸，用于需作在役检查的设备和管道上内、外为不锈钢板，其内外壁之间没有填充物。

两类核电站保温设计的共同点是对于有在役检查要求的阀门、人孔等部件所采用的保温，两类电站均采用双壁可拆卸结构，没有在役检查要求的管道则采用了永久保温结构。

2 保温外壳的应用

保温外壳材质与管道和设备所处的位置有关，安全壳内管道和设备保温外壳均采用的是不锈钢板，而安全壳外的保温外壳则为铝板。保温外壳的厚度取决于管道的公称直径，已建核电站中永久保温结构，位于安全壳内的保温，不论管径，外壳采用0.6mm不锈钢板，位于安全壳外的保温外壳选用铝板，若DN≤200mm，厚度为0.6mm，若DN＞200mm，厚度为0.8mm；对于可拆卸保温结构，无论保温位于安全壳内还是安全壳外，均采用外壁厚度为0.6mm，内壁厚度为0.4mm的不锈钢板。而第三代核电站的永久保温结构，安全壳内DN≤610mm，外壳采用0.25mm不锈钢板，安全壳内DN＞610mm，外壳采用0.4mm不锈钢板，安全壳外且DN≤610mm，外壳采用0.5mm铝片，安全壳内DN＞610mm，采用0.5mm铝片，对于可拆卸保温结构，安全壳内的保温外壳采用0.4mm不锈钢板，安全壳外的保温外壳采用0.8mm铝片。

不同核电站，对保温外壳有不同的设计要求，如已建核电站，其保温外壳的技术要求包括：保温外壳应满足特殊运行环境下的防腐要求；反应堆厂房内的保温外壳采用不锈钢0Cr18Ni9，不锈钢应满足GB/T 3280-2007和GB/T 4237-2007的规定；反应堆厂房外的保温外壳采用铝板3105 H24，铝板应满足GB/T 3880-2006的规定。

而第三代核电站的保温外壳的设计要求是保温管道和设备上的奥氏体不锈钢外壳的加工标准为ASTM A-167，材料为304或316型光面加工不锈钢；保温管道和设备上的铝套标准为ASTM B-209，材料为3003、3105、5005合金；可拆卸式保温盒的奥氏体不锈钢应使用满足ASTM A-240的302或304的不锈钢；用于可拆卸式保温盒应采用满足ASTM B-209的3003铝合金。

3 保温材料及其使用范围

3.1 玻璃棉纤维

已建电站中主要用于安全壳内、外管道上。

3.2 高温玻璃棉

已建电站中主要用于安全壳内一回路的管道和设备上。

3.3 金属反射型保温材料

第三代核电站中主要用于安全壳内的管道、管道上设备组件、管道贯穿件、贯穿件封头和某些特殊管道支架上。也应用在反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、反应堆冷却剂泵、热管段、冷管段以及稳压器波动管。

3.4 核级玻璃棉纤维（纤维毡）

第三代核电站中主要用于安全壳内要求保温或防潮的管道、设备和相关支架、室内有人员防护要求的设备上，以及厂房内外要求防冻保护的管道和设备上。不能用于反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、反应堆冷却剂泵、热管段、冷管段以及稳压器波动管以及相关支架的保温,也不能用于管道破裂影响区域。

3.5 硅酸钙保温材料

第三代核电站中主要用于安全壳外保温系统，进行常规热保温和室内管道的人员防护。

3.6 珍珠岩保温材料

第三代核电站中主要用于室外各种天气状况，温度不超过1200℉（649℃）的管道和设备上，室外有人员防护要求的系统上以及包含腐蚀性流体的管道和设备上。

通过比较已建和第三代核电站所使用的保温材料，结论如下：

安全壳内保温材料

已建核电站主要采用的是玻璃棉纤维保温材料；第三代核电站主要采用的是金属反射型保温材料和核级玻璃棉纤维。

安全壳外管道保温材料

已建核电站主要采用的是玻璃棉纤维保温材料；第三代核电站主要采用的硅酸钙和珍珠岩棉保温材料。

已建核电站和第三代核电站在保温材料选用方面，最大的不同点是第三代核电站安全壳内管道采用了金属反射型保温材料，其主要优点如下：

耐辐照：反射型金属保温层内部采用不锈钢反射薄片，能承受长期的核辐射而不产生粉尘，没有污染物质扩散，可避免或减少反射性物质对操作人员和检修人员的危害，大大降低了放射性管理费用；

耐腐蚀：安全壳内设备与管道的安全运行条件要求较高，设备和管道又都是不锈钢，而金属反射型保温外壳采用不锈钢材料制作，对酸碱溶液具有很强的耐蚀性，可长期保持初始的特性，可以重复使用，并且对设备和管道不会产生腐蚀；

易拆装：保温层由多个金属反射式保温盒组成，通常用卡扣等进行块状拼装，便于拆装进行在役检查和设备维修；

易清洗：金属反射型保温的外壳经过加工，表面平整光滑，若表面被放射性物质污染，可以简单用清水冲洗，从而避免了污染。

4 结论

综上所述，第三代核电站与已建核电站的保温结构、保温类型、保温外壳等方面均存在一定的差异：

（1）一回路管道和设备，已建核电站选用的为耐辐照玻璃棉，第三代核电站采用的是金属反射型保温材料；

（2）安全壳管道和设备（除一回路管道和设备外）：已建核电站采用的是玻璃棉纤维，第三代核电站采用的是金属反射型保温材料；

（3）安全壳外管道和设备：已建核电站采用玻璃棉纤维，第三代核电站采用硅酸钙和珍珠岩棉；

（4）保温类型：有在役检查要求的管道和设备，第三代和已建核电站均采用双壁可拆卸式保温结构。

［1］GB 50264-1997工业设备及管道绝热工程设计规范[S].

［2］GB 50126-2008工业设备及管道绝热工程施工规范[S].

［3］顾㑇宙.核电站用金属反射式保温层的特点[J].北京电力高等专科学校学报，2011（12）.

［4］吴川林.金属反射型保温材料的性能和应用[J].电力建设，1991，11.