01 乏燃料后處理的主要任務(wù)

核燃料循環(huán)和乏燃料后處理的任務(wù)有4個(gè)方面：

①分離（提?。┖图兓律暮肆炎儺a(chǎn)物；

②分離（回收）和純化沒有消耗完的可裂變物質(zhì)和未轉(zhuǎn)化完全材料；

③分離（提?。┯杏玫暮肆炎儺a(chǎn)物同位素和超鈾元素；

④將使用過的輻照燃料元件拆除包殼，溶解乏燃料，并且安全妥善處置放射性廢物。

02 乏燃料后處理的工藝

普雷克斯（Purex）流程，該方法首先將乏燃料的經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理轉(zhuǎn)化成硝酸鹽溶液，然后用磷酸三丁酯（TBP）進(jìn)行萃取分離和純化，達(dá)到核燃料回收和去污凈化的目的。由此可見，乏燃料后處理是在硝酸體系中進(jìn)行的。因此，防爆、防輻射和防腐蝕就成為這個(gè)工藝流程特別要注意的問題。

03 乏燃料后處理設(shè)備的腐蝕

我國的核反應(yīng)堆后處理廠放化設(shè)備的失效原因主要是局部腐蝕引起的泄漏。常見的局部腐蝕有晶間腐蝕、縫隙腐蝕、空泡腐蝕、換熱器管的沖刷腐蝕和過鈍化腐蝕。

①晶間腐蝕。

由于乏燃料后處理是在硝酸體系中進(jìn)行的，并且含有強(qiáng)氧化性的裂變產(chǎn)物離子，因此對(duì)于放化設(shè)備需要進(jìn)行晶間腐蝕傾向試驗(yàn)時(shí)應(yīng)首先采用硝酸法；

②過鈍化腐蝕。

乏燃料后處理放化設(shè)備包括燃料元件溶解、廢液蒸發(fā)和HNO3回收等工藝設(shè)備。再沸器的工藝條件為60%～65%（mass）的沸騰HNO3，工作壓力為負(fù)壓～33.34kPa，再沸器的材質(zhì)使用過S32169、S30403、00Cr25Ni20和Ti材。不銹鋼設(shè)備在這種沸騰的高濃度HNO3或含有Cr6+離子等強(qiáng)氧化性離子的沸騰硝酸溶液中，處于過鈍化區(qū)的腐蝕電位區(qū)域。Cr6+離子是極強(qiáng)的陰極去極化劑，這種去極化反應(yīng)加速了不銹鋼的腐蝕，在腐蝕電池的陰極區(qū)被還原成Cr3+。不銹鋼在沸騰HNO3溶液中過鈍態(tài)腐蝕是典型的晶間腐蝕，而且會(huì)產(chǎn)生非敏化態(tài)的晶間腐蝕，甚至超低碳的奧氏體不銹鋼也都不能抵抗這種過鈍化腐蝕。例如我國某乏燃料后處理廠的HNO3回收再沸器，在9個(gè)生產(chǎn)周期里先后更換過5臺(tái)再沸器，使用最短的不到3個(gè)月，最長的也不到3a；

③ 縫隙腐蝕。

我國某乏燃料后處理廠的HNO3回收再沸器、外加熱式蒸發(fā)器和輸送物料的管道采用單面焊的焊接接頭曾因?yàn)榭p隙腐蝕而泄漏。其主要原因是焊接接頭根部材質(zhì)未焊透或其它焊接缺陷，形成了縫隙腐蝕的條件而發(fā)生腐蝕泄漏；

④ 換熱器管進(jìn)口端腐蝕。

換熱器管進(jìn)口端腐蝕是乏燃料后處理廠列管式換熱器常見的一種腐蝕形式。許多列管式換熱器在換熱器管進(jìn)口端大約30～40mm 范圍內(nèi)產(chǎn)生一些溝槽和凹坑。有的甚至穿透管口，其形貌如同朽木，如圖5-185所示。

圖5-185  換熱器管進(jìn)口端腐蝕

換熱器管進(jìn)口端腐蝕是腐蝕和沖刷聯(lián)合作用的結(jié)果，流體的沖刷破壞進(jìn)口端表面的鈍化膜，腐蝕性介質(zhì)直接腐蝕管口的新鮮金屬，形成活化腐蝕狀態(tài)。這種沖刷與腐蝕的惡性循環(huán)使得管口腐蝕速度加快。

另外，管口是列管與管板焊接部位，管口內(nèi)壁屬于焊接熱影響區(qū)。所以這里的抗腐蝕性比管子其它部位要差。

換熱器管進(jìn)口端腐蝕主要受2個(gè)因素的影響。一個(gè)是鈍化膜抗沖刷的能力和在腐蝕溶液中再鈍化的能力。鈍化膜抗沖刷的能力強(qiáng)，不容易被流體破壞，管口金屬受保護(hù)的時(shí)間就長。即便被沖刷局部破損了，也會(huì)比較快的再鈍化，管口金屬遭受腐蝕的損傷就輕。反之亦然。另一個(gè)影響因素是流體的流速和流態(tài)，流速高，相對(duì)的沖刷能力就強(qiáng)，流體在湍流的狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪動(dòng)，使流體和管口金屬表面的接觸和沖擊更加頻繁和強(qiáng)烈。換熱器的流體從接管進(jìn)入換熱器管箱，再進(jìn)一步進(jìn)入列管時(shí)，流速、流道和流態(tài)都會(huì)發(fā)生變化。往往在進(jìn)口端十幾～幾十毫米范圍內(nèi)形成湍流，造成進(jìn)口管端的腐蝕。

根據(jù)乏燃料后處理廠列管式換熱器設(shè)備和工藝的特點(diǎn)，可采用下列方法改善換熱器管進(jìn)口端腐蝕：

a.選擇合適的耐腐蝕材料；

b.做好管板和列管管口的焊接接頭的設(shè)計(jì)、焊接工藝的控制和焊接質(zhì)量的檢測(cè)，以緩解湍流的程度，提高管口焊接的耐腐蝕性；

c.設(shè)計(jì)足夠的管箱緩沖空間和有利的流體進(jìn)入管口的方向；

d.在流體入口處設(shè)置合適的擋板，減少對(duì)于換熱器進(jìn)口管端的腐蝕。

⑤ 空泡腐蝕。

國內(nèi)一個(gè)乏燃料后處理廠有臺(tái)旋風(fēng)分離器曾經(jīng)發(fā)生過空泡腐蝕。該設(shè)備的下椎體拼接接頭內(nèi)表面沒有打磨平，高出母材。高速流體通過這個(gè)焊縫接頭時(shí)在流體方向的焊接接頭背側(cè)形成負(fù)壓區(qū)，使介質(zhì)中的液滴汽化形成蒸汽泡隨后汽泡破裂造成附近區(qū)域空泡腐蝕。產(chǎn)生許多粗糙的線型溝槽，有些地方撕成空洞，不到2個(gè)月就出現(xiàn)泄漏。

空泡腐蝕與流體的流速緊密相關(guān)。據(jù)資料介紹，18-8型奧氏體不銹鋼產(chǎn)生空泡腐蝕的流體臨界流速為50～60ms-1。而這臺(tái)旋風(fēng)分離器此處的流速達(dá)到70ms-1。經(jīng)過對(duì)旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)改進(jìn)，增大結(jié)構(gòu)尺寸，控制流體的流速不超過40ms-1，并且磨平焊縫，消除了空泡腐蝕。對(duì)其它的同類旋風(fēng)分離器進(jìn)行檢測(cè)，其流速都在30～40 ms-1范圍之內(nèi)，故沒有空泡腐蝕現(xiàn)象?？梢姳苊饪张莞g的關(guān)鍵是控制流體的流速，提高設(shè)備表面的平整度。

參考文獻(xiàn)

[1]劉新福,張樂福,高明華.秦山第二核電廠混合堆芯水化學(xué)控制技術(shù)探討[J],核動(dòng)力工程,2008,29(5):138-141

[2] 鄭津洋,陳志平著.特殊壓力容器.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997.8,P155-184