基于干冰清洗的核电厂电缆除霉测试与分析

朱 斌，雷 毅，陈 忻，刘 韬

（苏州热工研究院有限公司，苏州 215004）

0 引言

在核电厂中铺设有大量的仪控和电力电缆，其中有相当数量的电缆通过电缆廊道与各个不同的厂房设备相连接。电缆廊道属于核电厂地下建筑部分，部分区域环境较为恶劣。在长期使用过程中，在廊道和管沟中铺设的电缆容易存在霉化现象，有些区域电缆的霉化程度已经非常严重，如果不及时清洗，将会对核电厂安全运行产生很大危害。因此，有必要对核电厂中已经脏污发霉的电缆进行清洁研究，寻找简单高效环保的除霉方式。

干冰（固体二氧化碳）清洗作为新型的高效环保表面清洁技术，起源于美国，在欧美等国家已经广泛应用于模具除胶、设备清洁保养、石油管道除油去脏污、手机零部件去除毛刺等[1][2]。国内有部分研究所和大学同时也开展了干冰在不同行业的应用研究，汽车制造[3]，变电站绝缘子带电清洁[4，5]，铁路绝缘子清洗[6]，甚至文物清洗[7]等。本文旨在研究将干冰清洗技术应用到核电厂发霉电缆的除霉作业，对干冰清洗效果进行了试验，对清洗后对电缆的物理特性影响进行了分析，最后提出了利用干冰清洗电缆时效果最高的技术参数。

1 发霉电缆的分析

有关微生物霉菌繁殖研究报告指出[8，9，10]，物体表面长霉现象与物体周围环境和材料本身性质有关，霉菌生长的主要条件是温度和湿度。电缆成分中的碳酸钙、炭黑、石蜡或脂肪酸类等通常有助于霉菌生长，而电缆保护套中常用的氢氧化物和硬脂酸，可能导致表面长霉。在核电厂中，部分电缆所处环境阴暗封闭，当环境相对湿度大于95%、周围气流小于0.2m/s、有菌源感染的情况下，电缆表面容易发霉。

通过对发霉电缆实际观测，霉菌大部分呈片状分布，表面覆盖面积约60%～90%，霉菌主要生长于电缆表面。

2 干冰清洗原理

干冰清洗的独特之处在于干冰颗粒在冲击瞬间气化。干冰颗粒的动量在冲击瞬间消失，干冰颗粒与清洗表面间迅速发生热交换，致使固态CO2迅速升华变为气体。干冰颗粒在千分之几秒内体积膨胀近800倍，这样就在冲击点造成“微型爆炸”，从而高效地清洗污垢。

相对于传统方法，电缆表面干冰清理的优势有：①无污染或污染极小，干冰挥发为二氧化碳，无任何残留物。②干冰清洗较为柔和，大面积清洗对电缆表面不会有损伤。

3 测试用的脏污电缆状态评估

测试用的脏污电缆为核电厂常用电缆，共白、灰、蓝三种型号，来源于核电厂现场。针对三种脏污电缆，各截取一段作为样本并选取3处表面状态较好区域标记分组，用300倍光学显微镜观测并记录标记区域的微观形貌，并用粗糙度仪检测其表面粗糙度并记录。

通过查询电缆出厂参数报告，电缆绝缘层相关技术参数值如下：

图1 灰色电缆表面形貌

图2 蓝色电缆表面形貌

图3 白色电缆表面形貌

表1 粗糙度仪检测电缆表面结果

表2 电缆绝缘层技术参数表

4 干冰清洗脏污电缆试验方法

试验的主要目的是观测利用干冰清洗方法去除电缆表面脏污，同时针对性地探讨效率最大化的具体清洗参数。

从三种类型的电缆上各截取试样进行对比试验，试样长度100mm。

试验设备采用儒众智能科技的RC270单管干冰清洗机，如图4所示。主要参数为：空气流量0.3m3/min（0.7Mpa 空气压力时），清洗距离40mm；喷射角度75°～90°；干冰流量0.25kg/min；干冰类型为颗粒块状干冰（干冰颗粒度约150μm）和粉末块状干冰（干冰颗粒度约800μm）；喷嘴为圆型喷嘴。

试验时分别采用粉末块状干冰和颗粒块状干冰对三种类型的电缆试样进行清洗，对于1、3、5三组试样用粉末块状干冰进行清洗，对于2、4、6三组试样用颗粒块状干冰进行清洗。

图4 RC270干冰清洗机

对于组号1-3、2-1、3-3、4-1、5-3、6-1用0.25Mpa 气压进行清洗；对于组号1-1、2-2、3-1、4-2、5-1、6-2用0.3Mpa 气压进行清洗；对于组号1-2、2-3、3-2、4-3、5-2、6-3用0.4Mpa 气压进行清洗，在清洗时长3s、6s、9s 时记录电缆表面状态并检测其粗糙度值。

5 试验结果与分析

表1 粉末块状干冰（干冰颗粒度150μm）出口气压0.25Mpa清洗电缆表面

表2 粉末块状干冰（干冰颗粒度150μm）出口气压0.3Mpa清洗电缆表面

表3 粉末块状干冰（干冰颗粒度150μm）出口气压0.4Mpa清洗电缆表面

表4 颗粒块状干冰（干冰颗粒度800μm）出口气压0.25Mpa清洗电缆表面

表5 颗粒块状干冰（干冰颗粒度800μm）出口气压0.3Mpa清洗电缆表面

通过上述试验观测记录可以发现，对于三种类型的电缆，使用干冰清洗时不同气压对清洗效果影响较大。对于0.25Mpa 的气压值，干冰清洗电缆时不会对电缆表面造成损伤。对于0.4Mpa的气压值，干冰清洗电缆时冲击力较大，对三种电缆表面都会造成一定的损伤。

对于采用粉末块状干冰在0.25Mpa 气压下清洗12s 后的电缆进行绝缘层检测：

表7 粉末块状干冰（干冰颗粒度150μm）出口气压0.25Mpa清洗电缆粗糙度值

表8 粉末块状干冰（干冰颗粒度150μm）出口气压0.3Mpa清洗电缆粗糙度值

表9 粉末块状干冰（干冰颗粒度150μm）出口气压0.4Mpa清洗电缆粗糙度值

表10 颗粒块状干冰（干冰颗粒度800μm）出口气压0.25Mpa清洗电缆粗糙度值

表11 颗粒块状干冰（干冰颗粒度800μm）出口气压0.3Mpa清洗电缆粗糙度值

表12 颗粒块状干冰（干冰颗粒度800μm）出口气压0.4Mpa清洗电缆粗糙度值

表13 清洗后电缆绝缘层技术参数表

对清洗后的电缆绝缘层物理性能参数进行检测后发现，经过干冰清洗的电缆，其力学性能参数无明显变化，绝缘参数满足正常使用要求。

6 结束语

本文提出了电缆表面脏污的干冰清洗试验与分析。结果表面，在气源压力0.7MPa 时，对于灰、白、蓝三种类型的电缆表面脏污，使用块状干冰进行清洗较有很好的清洗效果，经过切削喷出的干冰颗粒粒度大小对于电缆表面清洗具有一定影响，但是影响作用较小。对于测试中的三种电缆，在喷出气压不大于0.25MPa 时，干冰清洗基本不会造成损伤，但是当喷出气压在0.4MPa或更高时，用干冰清洗电缆会对电缆表面绝缘层造成损伤。