南小飞 刘悦强

(山东核电有限公司，山东 烟台 265116)

金属反射型保温结构在核电的应用

南小飞 刘悦强

(山东核电有限公司，山东 烟台 265116)

简述了国内核电厂核岛常用保温材料的特点需求，介绍了传统保温和金属反射型保温形式，着重描述了金属反射型保温的结构原理及特点优势。

金属反射型保温；核岛；优势；应用

0 引言

“十一五”期间，我国提出了“节能减排”的要求，以提高能源效率、优化能源结构、适应社会主义市场经济体制，从而达到能源与经济、社会、环境的协调发展。保温，作为节能减排的重要措施之一，在国内电厂发展的数十年间，其材料和工艺都得到了长足的发展。而金属反射型保温作为一种新型的保温形式，由于其固有的特点和优势，在核电厂的应用更是取得了迅速的发展。

1 核电厂核岛保温材料的特点

目前，在火电、化工、冶金、机械制造等行业实际应用的保温材料多以岩棉、膨胀珍珠岩、微孔硅酸钙、玻璃纤维、硅酸铝等非金属材料为主。随着我国大力推进核电建设，核电厂的保温问题也逐渐突显出来。同常规电厂比较，核电厂核岛内采用的保温材料应具有以下特点：

(1) 耐辐照性。由于核电站独特的辐照环境，要求保温材料应具有较好的耐辐照性。常规的非金属保温材料在经受一定剂量的辐照后，强度降低，易脆化，形成粉末或结块收缩，导致部分保温层形成“空壳”，使得保温层的导热系数增加，保温性能大大降低。

(2) 相容性。核岛内的设备和管道基本均为奥氏体不锈钢材质，因此保温材料的卤素含量应符合标准GB/T17393—2008《覆盖奥氏体不锈钢用绝热材料规范》的要求，以免对设备或管道造成腐蚀的风险。

(3) 快速拆装性。由于核岛内的辐射剂量较高，为了保护检维修人员的身体健康，尽量减少人员所受辐射剂量，核岛内的保温材料应尽量采用可快速拆装的结构，以缩短拆装所需工时，从而减少人员受辐射剂量。

(4) 重复利用性。常规保温材料和传统保温施工方法(捆扎、涂抹、粉刷等)的特点导致在核岛内拆除的保温材料易被破坏，重复利用性能相对较差，易产生粉尘，且具有放射性，难以去污，因此加大了核电厂放射性废物的处置成本，同时增加了检维修人员受辐照的风险。

AP1000机组核岛内的设备和管道保温基本全部采用金属反射型保温层，能有效降低压力容器、蒸发器、泵、管道等一回路设备的散热损失。

2 现行核岛保温的结构形式和特点

2.1 捆扎式保温

捆扎式保温是保温领域应用最广的方式。目前多应用于火电、核电常规岛等区域，在核岛内也有少量应用。该保温方式将保温材料(硅酸铝棉、玻璃棉、硅酸盐等)包覆在保温对象外表面，并使用钢丝捆扎固定；之后使用钢板或铝板制成外护板，敷设在保温材料外部作为外护。

捆扎式保温的优点在于成本低，施工工艺较简单。缺点在于更换周期短、现场施工周期较长、保温结构强度差(常出现电厂尚未投产，大量管线的外护已被踩扁的现象，严重影响保温性能和美观度)、保温材料更换时粉尘大且具有放射性、对人员的伤害严重、更换下来的材料不可重复使用，提高了电厂的废物处置成本。

2.2 金属双壁式保温

金属双壁式保温的结构为不锈钢板制成保温壳体，内部填充常规非金属保温材料。该保温方式目前大量使用在已投产的核电厂核岛设备和管线上。

金属双壁式保温的优点在于拆装方便、不易产生粉尘，因此，放射性废物对人员的伤害相对较小。缺点在于长时间使用后内部保温材料会出现粉化、收缩现象，影响保温效果。

日本福岛事故之后，国家核安全局对国内在役核电厂的安全设施进行了检查。其中地坑滤网事故下的堵塞风险受到了业内各方的关注，而保温材料作为堵塞的重要源项自然也受到了极高的重视。目前大量采用的金属双壁式保温在事故下不能规避大量保温棉絮的产生，从而增大了地坑滤网堵塞的风险。

2.3 金属反射型保温

1955年，英国首先在热力工程上使用金属反射型保温。20世纪60年代初，前苏联在600～800 ℃的燃气轮机上使用多层的金属反射型保温结构，采用0.15～0.2 mm厚的1Cr18Ni9Ti不锈钢箔制成多层的热屏，热屏间隙为1.5 mm，屏间有点接触的针式、三角形、波纹形的反射衬片。后来，经过从业人员多年的努力发展，金属反射型保温取得了长足的进步，保温性能和结构形式有了很大的提升。

2.3.1 结构与保温原理

金属反射型保温结构是由多层压制成一定形状的厚度在0.05～0.1 mm的不锈钢箔片重叠、具备气隙结构、放置在不锈钢板材制成的壳体内组合而成的一种保温结构，如图1所示。反射型保温在结构上主要由内板(高温侧)、外板(低温侧)、端板、侧板、金属箔片及快速搭扣、把手等附件组成，如图2所示。金属反射型保温根据金属箔片的形式大致分为3种基本形式：

(1) 压纹箔式，是在金属外板之间重叠多层压成波纹的金属箔组成；

(2) 平行板式，是在金属外板之间把平板形的金属箔等间距排列，层与层之间用导热系数小的多条隔热条(2～3 mm)把金属箔分隔开而组成的；

(3) 凸起式，是在金属外板之间重叠多层压制成突起样式的金属箔组成。保温块之间使用快速搭扣连接以便现场能够快速拆卸，减少安装或检维修时间。金属反射型保温可根据现场设备及管道形状预制成板状、弯头、三通、阀门、泵、容器等形状。

图1 金属反射型保温结构简图

图2 金属反射型保温实物图

在金属反射型保温中，热传导、热对流和热辐射3种热传递方式是同时存在的，其中散热损失的比例约为：传导占7%，对流占28%，辐射占65%。金属反射型保温结构的保温原理是利用不锈钢箔片之间的点接触限制热传导；利用不锈钢箔片之间的薄间隙给空气对流造成阻碍，以限制内部空气的对流；并利用金属箔的反射特性增加反射次数以减少热辐射，从而实现保温的目的。总之，反射型保温主要通过降低热对流和热辐射的形式来达到保温目的。

2.3.2 特点与优势

AP1000机组核岛内几乎全部采用金属反射型保温，这是由它的特点和优势决定的，总结起来主要有以下几点：

(1) 相容性好，且耐腐蚀。安全壳内设备与管道的安全运行条件要求较高，设备和管道多采用不锈钢材料。金属反射型保温全部由不锈钢材料制成，对设备和管道不会产生腐蚀，同时对酸碱溶液具有良好的耐蚀性。

(2) 易拆装，无粉尘，辐照剂量小。在设备维护和检查时，缩短停运时间和减少对工作人员放射性辐照十分重要，而金属反射型保温拆装快捷，不产生任何粉尘，更不会产生放射性粉尘，适应在役检查等维修工作需要，避免和减少放射性物质对操作人员和维修人员的辐照时间，降低电厂的整体剂量水平，从而大大节省放射性管理费用。

(3) 易清洗，保温性能稳定，机械性能好，重复利用率高，使用时间长。为避免保温吸潮结块及伴随产生的带有放射性颗粒的污染水处理问题，反射型保温材料采用经过光泽加工的不锈钢材料，表面光滑，沾染的放射性物质可以用水清洗掉，去污时即使浸水也不影响性能。同时，不锈钢材质耐辐照性能较好，因此，保温性能稳定，能长期保持初期的保温效果；另外，由于其具有良好的机械性能，可反复使用，使用寿命长。

(4) 重量轻，保温效果好，制作灵活。金属反射型保温导热系数与非金属材料大体相当，且重量轻，能根据设备形状进行预制，应用灵活。

除此之外，金属反射型保温由于材料、结构和制作特点，还具有抗震、适合高温及潮湿环境等优势。

2.3.3 国内应用情况

目前在役的核电机组和在建的二代加机组核岛保温中，基本只有反应堆压力容器采用金属反射型保温结构；在建的AP1000核电站虽然核岛内基本全部采用金属反射型保温结构，但是由于种种原因，基本全部是国外公司供货，造成价格垄断和服务响应相对较慢等问题。

针对这种情况，国内保温行业积极开展金属反射型保温的国产化科研和市场推广工作，经过不懈努力，陆续完成了国外标准要求的各项试验，满足了规范要求并通过了相关行业协会的鉴定，为金属反射型保温在国内核电保温领域的推广和应用奠定了坚实的基础。

3 结语

保温对电厂的经济效益和安全性有着重要的作用，随着国内核电行业的发展，保温工作在业内也得到了越来越多的重视。面对核电发展的新形势和新要求，整体提高核电厂的安全性和经济效益，金属反射型保温的研发和推广已逐渐成为核电建设中不可或缺的环节。相信在不久的将来，随着国内金属反射型保温行业的继续发展，金属反射型保温会在核电行业得到更加广泛的应用。

[1] 潘家祯.管路手册[M].化学工业出版社，2011

[2] 冉崇富.反射型保温结构[J].核动力工程，1982(6)

[3] 杨世铭，陶文铨.传热学[M].高等教育出版社，1998

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

2014-09-03

南小飞(1980—)，男，湖北人，工程师，研究方向：核电厂维修。

刘悦强(1985—)，男，山东人，助理工程师，研究方向：核电厂维修。