01 乏燃料后处理的主要任务

核燃料循环和乏燃料后处理的任务有4个方面：

①分离（提取）和纯化新生的核裂变产物；

②分离（回收）和纯化没有消耗完的可裂变物质和未转化完全材料；

③分离（提取）有用的核裂变产物同位素和超铀元素；

④将使用过的辐照燃料元件拆除包壳，溶解乏燃料，并且安全妥善处置放射性废物。

02 乏燃料后处理的工艺

普雷克斯（Purex）流程，该方法首先将乏燃料的经过适当的预处理转化成硝酸盐溶液，然后用磷酸三丁酯（TBP）进行萃取分离和纯化，达到核燃料回收和去污净化的目的。由此可见，乏燃料后处理是在硝酸体系中进行的。因此，防爆、防辐射和防腐蚀就成为这个工艺流程特别要注意的问题。

03 乏燃料后处理设备的腐蚀

我国的核反应堆后处理厂放化设备的失效原因主要是局部腐蚀引起的泄漏。常见的局部腐蚀有晶间腐蚀、缝隙腐蚀、空泡腐蚀、换热器管的冲刷腐蚀和过钝化腐蚀。

①晶间腐蚀。

由于乏燃料后处理是在硝酸体系中进行的，并且含有强氧化性的裂变产物离子，因此对于放化设备需要进行晶间腐蚀倾向试验时应首先采用硝酸法；

②过钝化腐蚀。

乏燃料后处理放化设备包括燃料元件溶解、废液蒸发和HNO3回收等工艺设备。再沸器的工艺条件为60%～65%（mass）的沸腾HNO3，工作压力为负压～33.34kPa，再沸器的材质使用过S32169、S30403、00Cr25Ni20和Ti材。不锈钢设备在这种沸腾的高浓度HNO3或含有Cr6+离子等强氧化性离子的沸腾硝酸溶液中，处于过钝化区的腐蚀电位区域。Cr6+离子是极强的阴极去极化剂，这种去极化反应加速了不锈钢的腐蚀，在腐蚀电池的阴极区被还原成Cr3+。不锈钢在沸腾HNO3溶液中过钝态腐蚀是典型的晶间腐蚀，而且会产生非敏化态的晶间腐蚀，甚至超低碳的奥氏体不锈钢也都不能抵抗这种过钝化腐蚀。例如我国某乏燃料后处理厂的HNO3回收再沸器，在9个生产周期里先后更换过5台再沸器，使用最短的不到3个月，最长的也不到3a；

③ 缝隙腐蚀。

我国某乏燃料后处理厂的HNO3回收再沸器、外加热式蒸发器和输送物料的管道采用单面焊的焊接接头曾因为缝隙腐蚀而泄漏。其主要原因是焊接接头根部材质未焊透或其它焊接缺陷，形成了缝隙腐蚀的条件而发生腐蚀泄漏；

④ 换热器管进口端腐蚀。

换热器管进口端腐蚀是乏燃料后处理厂列管式换热器常见的一种腐蚀形式。许多列管式换热器在换热器管进口端大约30～40mm 范围内产生一些沟槽和凹坑。有的甚至穿透管口，其形貌如同朽木，如图5-185所示。

图5-185  换热器管进口端腐蚀

换热器管进口端腐蚀是腐蚀和冲刷联合作用的结果，流体的冲刷破坏进口端表面的钝化膜，腐蚀性介质直接腐蚀管口的新鲜金属，形成活化腐蚀状态。这种冲刷与腐蚀的恶性循环使得管口腐蚀速度加快。

另外，管口是列管与管板焊接部位，管口内壁属于焊接热影响区。所以这里的抗腐蚀性比管子其它部位要差。

换热器管进口端腐蚀主要受2个因素的影响。一个是钝化膜抗冲刷的能力和在腐蚀溶液中再钝化的能力。钝化膜抗冲刷的能力强，不容易被流体破坏，管口金属受保护的时间就长。即便被冲刷局部破损了，也会比较快的再钝化，管口金属遭受腐蚀的损伤就轻。反之亦然。另一个影响因素是流体的流速和流态，流速高，相对的冲刷能力就强，流体在湍流的状态下会产生强烈的搅动，使流体和管口金属表面的接触和冲击更加频繁和强烈。换热器的流体从接管进入换热器管箱，再进一步进入列管时，流速、流道和流态都会发生变化。往往在进口端十几～几十毫米范围内形成湍流，造成进口管端的腐蚀。

根据乏燃料后处理厂列管式换热器设备和工艺的特点，可采用下列方法改善换热器管进口端腐蚀：

a.选择合适的耐腐蚀材料；

b.做好管板和列管管口的焊接接头的设计、焊接工艺的控制和焊接质量的检测，以缓解湍流的程度，提高管口焊接的耐腐蚀性；

c.设计足够的管箱缓冲空间和有利的流体进入管口的方向；

d.在流体入口处设置合适的挡板，减少对于换热器进口管端的腐蚀。

⑤ 空泡腐蚀。

国内一个乏燃料后处理厂有台旋风分离器曾经发生过空泡腐蚀。该设备的下椎体拼接接头内表面没有打磨平，高出母材。高速流体通过这个焊缝接头时在流体方向的焊接接头背侧形成负压区，使介质中的液滴汽化形成蒸汽泡随后汽泡破裂造成附近区域空泡腐蚀。产生许多粗糙的线型沟槽，有些地方撕成空洞，不到2个月就出现泄漏。

空泡腐蚀与流体的流速紧密相关。据资料介绍，18-8型奥氏体不锈钢产生空泡腐蚀的流体临界流速为50～60ms-1。而这台旋风分离器此处的流速达到70ms-1。经过对旋风分离器设计改进，增大结构尺寸，控制流体的流速不超过40ms-1，并且磨平焊缝，消除了空泡腐蚀。对其它的同类旋风分离器进行检测，其流速都在30～40 ms-1范围之内，故没有空泡腐蚀现象。可见避免空泡腐蚀的关键是控制流体的流速，提高设备表面的平整度。

参考文献

[1]刘新福,张乐福,高明华.秦山第二核电厂混合堆芯水化学控制技术探讨[J],核动力工程,2008,29(5):138-141

[2] 郑津洋,陈志平著.特殊压力容器.北京:化学工业出版社,1997.8,P155-184