01 乏(fa)燃料后處(chu)理的主要任務

核燃(ran)料循環和乏燃(ran)料后(hou)處理的任務(wu)有4個方面(mian)：

①分離（提取(qu)）和純化新(xin)生(sheng)的核裂變產物；

②分(fen)離（回收）和純化沒有消(xiao)耗(hao)完的(de)可裂變(bian)物質(zhi)和未轉化完全材料；

③分離（提取）有用的(de)核裂變產(chan)物同位素和超鈾(you)元素；

④將使用過的輻照燃料(liao)元件(jian)拆(chai)除包殼，溶解乏燃料(liao)，并(bing)且安(an)全妥善(shan)處(chu)置放射性廢物。

02 乏燃(ran)料后處理的(de)工藝

普(pu)雷(lei)克(ke)斯（Purex）流(liu)程，該方法首先將乏(fa)燃(ran)料(liao)的(de)經(jing)過(guo)適當的(de)預(yu)處(chu)理(li)(li)轉化(hua)(hua)成(cheng)硝酸鹽溶液(ye)，然后用(yong)磷(lin)酸三丁酯（TBP）進行萃取分離和純化(hua)(hua)，達(da)到(dao)核(he)燃(ran)料(liao)回收(shou)和去污(wu)凈化(hua)(hua)的(de)目的(de)。由(you)此可見，乏(fa)燃(ran)料(liao)后處(chu)理(li)(li)是(shi)在硝酸體系(xi)中進行的(de)。因此，防爆(bao)、防輻射和防腐蝕就成(cheng)為這個工藝流(liu)程特別要注(zhu)意的(de)問題(ti)。

03 乏(fa)燃料后處(chu)理設備的腐蝕

我國的(de)核反應堆后處(chu)理廠放化設(she)備的(de)失效(xiao)原因主要是局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)引起的(de)泄漏。常見的(de)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)有晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、空泡腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、換熱器(qi)管(guan)的(de)沖刷(shua)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)過鈍(dun)化腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。

①晶間腐蝕。

由于乏(fa)燃(ran)料后處理是在硝(xiao)酸(suan)(suan)體系中進行的，并且含有強(qiang)氧化性的裂變產物離子，因此對(dui)于放(fang)化設備需要進行晶(jing)間腐蝕(shi)傾向試(shi)驗時應(ying)首先采用硝(xiao)酸(suan)(suan)法；

②過鈍化(hua)腐蝕。

乏燃料(liao)后處(chu)理放化(hua)設備包括燃料(liao)元件溶(rong)解、廢液蒸發和HNO3回收(shou)等工(gong)藝設備。再(zai)(zai)沸(fei)(fei)(fei)器的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝條件為60%～65%（mass）的(de)(de)(de)(de)沸(fei)(fei)(fei)騰(teng)HNO3，工(gong)作(zuo)壓力為負壓～33.34kPa，再(zai)(zai)沸(fei)(fei)(fei)器的(de)(de)(de)(de)材質使用(yong)過S32169、S30403、00Cr25Ni20和Ti材。不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)設備在(zai)這種沸(fei)(fei)(fei)騰(teng)的(de)(de)(de)(de)高濃度HNO3或含有Cr6+離子(zi)等強(qiang)(qiang)氧化(hua)性離子(zi)的(de)(de)(de)(de)沸(fei)(fei)(fei)騰(teng)硝酸溶(rong)液中，處(chu)于過鈍化(hua)區(qu)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電位(wei)區(qu)域。Cr6+離子(zi)是極(ji)(ji)強(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)(de)陰(yin)極(ji)(ji)去極(ji)(ji)化(hua)劑，這種去極(ji)(ji)化(hua)反應加速了(le)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，在(zai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電池的(de)(de)(de)(de)陰(yin)極(ji)(ji)區(qu)被還原成Cr3+。不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)沸(fei)(fei)(fei)騰(teng)HNO3溶(rong)液中過鈍態腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是典型(xing)的(de)(de)(de)(de)晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，而且(qie)會產生非敏化(hua)態的(de)(de)(de)(de)晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，甚(shen)至(zhi)超低(di)碳的(de)(de)(de)(de)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)也都不(bu)(bu)能(neng)抵抗這種過鈍化(hua)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。例(li)如(ru)我國某乏燃料(liao)后處(chu)理廠的(de)(de)(de)(de)HNO3回收(shou)再(zai)(zai)沸(fei)(fei)(fei)器，在(zai)9個生產周期里先后更換過5臺再(zai)(zai)沸(fei)(fei)(fei)器，使用(yong)最短的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)到(dao)3個月，最長的(de)(de)(de)(de)也不(bu)(bu)到(dao)3a；

③ 縫(feng)隙腐蝕。

我國某乏燃料后處(chu)理廠的(de)HNO3回收(shou)再沸(fei)器、外加熱式蒸發(fa)器和(he)輸送物料的(de)管道采用單面焊的(de)焊接接頭(tou)曾因為縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)而泄(xie)漏(lou)。其主要原因是焊接接頭(tou)根部材質未(wei)焊透或其它焊接缺陷，形(xing)成了縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)條(tiao)件而發(fa)生腐(fu)蝕(shi)(shi)泄(xie)漏(lou)；

④ 換熱器管(guan)進(jin)口端腐蝕(shi)。

換熱(re)器管(guan)進口(kou)端(duan)腐蝕是乏燃料后處理廠列管(guan)式(shi)換熱(re)器常見的(de)一種腐蝕形(xing)式(shi)。許多列管(guan)式(shi)換熱(re)器在換熱(re)器管(guan)進口(kou)端(duan)大約30～40mm 范圍內產生一些溝槽(cao)和凹坑。有的(de)甚至穿透管(guan)口(kou)，其形(xing)貌如同朽木，如圖5-185所示。

圖5-185  換熱器(qi)管進口(kou)端腐蝕

換熱器管進口(kou)端腐(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)腐(fu)蝕(shi)(shi)和(he)沖(chong)(chong)刷(shua)聯合作(zuo)用的(de)(de)結(jie)果(guo)，流體的(de)(de)沖(chong)(chong)刷(shua)破壞進口(kou)端表面(mian)的(de)(de)鈍化膜，腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)介質(zhi)直接腐(fu)蝕(shi)(shi)管口(kou)的(de)(de)新鮮(xian)金(jin)屬，形(xing)成(cheng)活化腐(fu)蝕(shi)(shi)狀態(tai)。這(zhe)種(zhong)沖(chong)(chong)刷(shua)與(yu)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)惡(e)性(xing)(xing)循(xun)環使得管口(kou)腐(fu)蝕(shi)(shi)速度加快。

另(ling)外，管(guan)(guan)口是列管(guan)(guan)與管(guan)(guan)板焊接部(bu)位(wei)，管(guan)(guan)口內壁(bi)屬于焊接熱影響(xiang)區(qu)。所以(yi)這里的抗腐(fu)蝕(shi)性比(bi)管(guan)(guan)子其它部(bu)位(wei)要差(cha)。

換(huan)熱(re)器管(guan)進(jin)口端腐蝕主要受(shou)(shou)2個(ge)因(yin)素(su)的(de)(de)(de)(de)影響。一(yi)個(ge)是(shi)鈍(dun)化(hua)膜抗(kang)沖(chong)(chong)刷的(de)(de)(de)(de)能力和(he)(he)在腐蝕溶液中再(zai)鈍(dun)化(hua)的(de)(de)(de)(de)能力。鈍(dun)化(hua)膜抗(kang)沖(chong)(chong)刷的(de)(de)(de)(de)能力強，不容易(yi)被(bei)流(liu)(liu)體破壞，管(guan)口金屬受(shou)(shou)保護的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間就長。即便(bian)被(bei)沖(chong)(chong)刷局部(bu)破損了，也會比較(jiao)快(kuai)的(de)(de)(de)(de)再(zai)鈍(dun)化(hua)，管(guan)口金屬遭受(shou)(shou)腐蝕的(de)(de)(de)(de)損傷就輕(qing)。反之亦然。另(ling)一(yi)個(ge)影響因(yin)素(su)是(shi)流(liu)(liu)體的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)速和(he)(he)流(liu)(liu)態(tai)，流(liu)(liu)速高(gao)，相(xiang)對的(de)(de)(de)(de)沖(chong)(chong)刷能力就強，流(liu)(liu)體在湍流(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)態(tai)下會產生(sheng)強烈的(de)(de)(de)(de)攪動(dong)，使流(liu)(liu)體和(he)(he)管(guan)口金屬表面(mian)的(de)(de)(de)(de)接(jie)觸和(he)(he)沖(chong)(chong)擊(ji)更加頻繁和(he)(he)強烈。換(huan)熱(re)器的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)體從接(jie)管(guan)進(jin)入(ru)換(huan)熱(re)器管(guan)箱(xiang)，再(zai)進(jin)一(yi)步進(jin)入(ru)列管(guan)時(shi)(shi)，流(liu)(liu)速、流(liu)(liu)道和(he)(he)流(liu)(liu)態(tai)都(dou)會發生(sheng)變化(hua)。往往在進(jin)口端十(shi)幾～幾十(shi)毫米范圍內(nei)形成湍流(liu)(liu)，造成進(jin)口管(guan)端的(de)(de)(de)(de)腐蝕。

根據乏(fa)燃料后(hou)處理廠列(lie)管(guan)式換(huan)熱器設備和工(gong)藝的特點，可(ke)采(cai)用(yong)下列(lie)方法改善換(huan)熱器管(guan)進(jin)口端(duan)腐蝕(shi)：

a.選擇合適的(de)耐腐蝕材料；

b.做好管(guan)(guan)板(ban)和(he)(he)列管(guan)(guan)管(guan)(guan)口(kou)的焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的設(she)計、焊(han)(han)接(jie)工藝(yi)的控制和(he)(he)焊(han)(han)接(jie)質量(liang)的檢測，以緩解湍流的程度，提高管(guan)(guan)口(kou)焊(han)(han)接(jie)的耐腐蝕性；

c.設計足夠(gou)的管(guan)(guan)箱緩沖(chong)空間和有利的流體進入管(guan)(guan)口(kou)的方(fang)向；

d.在流體(ti)入口(kou)處設置合適的(de)擋板，減少對(dui)于(yu)換熱器進口(kou)管端的(de)腐蝕。

⑤ 空泡(pao)腐蝕(shi)。

國(guo)內一(yi)個乏燃料后處(chu)理廠有臺(tai)旋風分離器(qi)曾(ceng)經發(fa)生過(guo)空泡(pao)腐蝕。該設備的下椎(zhui)體拼接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)內表面沒(mei)有打磨平，高出母材(cai)。高速流體通過(guo)這個焊縫接(jie)頭(tou)(tou)時在流體方(fang)向的焊接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)背側形成(cheng)(cheng)負壓區，使介質中的液(ye)滴汽化形成(cheng)(cheng)蒸汽泡(pao)隨后汽泡(pao)破裂造(zao)成(cheng)(cheng)附(fu)近區域空泡(pao)腐蝕。產生許多粗糙的線(xian)型溝槽，有些地方(fang)撕成(cheng)(cheng)空洞，不到2個月就出現泄漏(lou)。

空(kong)(kong)泡腐(fu)蝕(shi)與流(liu)體(ti)的(de)流(liu)速(su)緊密相關(guan)。據資料介紹，18-8型奧氏體(ti)不銹鋼(gang)產生(sheng)空(kong)(kong)泡腐(fu)蝕(shi)的(de)流(liu)體(ti)臨界流(liu)速(su)為50～60ms-1。而(er)這臺旋風(feng)分(fen)離器此處的(de)流(liu)速(su)達到70ms-1。經(jing)過對旋風(feng)分(fen)離器設計改進，增大(da)結構尺(chi)寸，控(kong)制流(liu)體(ti)的(de)流(liu)速(su)不超過40ms-1，并(bing)且(qie)磨平(ping)焊縫，消除了空(kong)(kong)泡腐(fu)蝕(shi)。對其(qi)(qi)它的(de)同類旋風(feng)分(fen)離器進行(xing)檢(jian)測(ce)，其(qi)(qi)流(liu)速(su)都在30～40 ms-1范圍之內，故沒(mei)有空(kong)(kong)泡腐(fu)蝕(shi)現象。可(ke)見避免空(kong)(kong)泡腐(fu)蝕(shi)的(de)關(guan)鍵是控(kong)制流(liu)體(ti)的(de)流(liu)速(su)，提高設備(bei)表(biao)面的(de)平(ping)整度(du)。

參考文獻

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