贵宾会员zhuh提供----压水堆核电站核燃料组件的超声清洗工艺研究
张辉，朱志平*，熊书华，荆玲玲，刘婷
长沙理工大学化学与生物工程学院（长沙 410004）
[摘 要] 超声清洗是一种高效性的清洗方法，可以有效的去除燃料组件上沉积的污垢，防止AOA 的发生。本文描述了超声清洗的作用原理及影响因素，介绍了燃料组件的超声清洗工艺过程和超声清洗设备的组成，并在最后阐述了超声清洗的应用场合和特性。
Research on Ultrasonic Fuel Assembly Cleaning for PWR Power Plant
ZHANG Hui ,ZHU Zhi-ping, XIONG Shu-hua , JING Ling-ling , LI Yu-chun,
(Changsha University of Science & Technology, Changsha, 410004)
ABSTRACT：Ultrasonic cleaning is an high efficient cleaning method，which can effectively remove the dirt deposited on the
fuel assemblies and prevent the occurrence of AOA. This paper describes the principle and influencing factors of ultrasonic cleaning,
introduces the cleanning process of fuel assemblies and composition of ultrasonic cleaning equipment, and finally discusses its
properties and application conditions .
KEY WORDS：Nuclear power plant; Nucear Ultrasonic cleaning; Cavitation; Fuel assembly
1 引言
在核电站运行中要降低燃料的损耗，必须考虑如何提高燃料的利用率。燃料利用率的减少主要是因为腐蚀产物在燃料棒表面的积累，这些附着物会导致燃料的退化，同时产生一定程度的AOA（功率轴向偏移异常）。
在工业清洗方面普遍利用的是氟利昂和含氯氟烃的有机物进行化学清洗，给环境造成了很大负担，清洗效果并不理想，利用效率低，清洗不彻底，而且化学清洗有可能使零部件产生潜在的腐蚀影响等[1]。随后，电厂开始研究依赖使用传统的小功率超声换能器来清洗污垢，但由于这类设备的功率低，安装复杂，需要维持较低的水温和减少空气的进入来提高效率，而且针对燃料组件的死角和管束深处的清洗效果并不好。
Callaway 电厂曾发生过大量的污垢沉积在燃料棒上，产生严重的AOA，使燃料利用率降低到70%，为了解决这一问题，Callaway 电厂使用大功率的推拉式超声换能器，它可以让燃料棒周围产生超声辐射场，取代了以前的平面线性震动，能够提供更高的功率，有利于清洗，设备更紧凑，而且对水温和空气没有要求。自该厂引进超声清洗技术，有效去除了燃料棒内部和周围沉积的坚硬污垢，防止了AOA 的发生，同时还降低电厂的辐射剂量率，并且不会对燃料完整性造成任何影响，清洗过后的燃料还能进行二次燃耗，是非常经济又理想的去污手段。超声组件同过滤设备相结合，能更好的对去除的污垢进行收集，减少污垢对其他零部件造成二次污染。
加拿大使用了高功率的超声清洗方法对蒸气发生器进行了清洗，他们在SG 系统中安装AECL 喇叭型超声清洗设备，该设备同样是提供高功率的超声波，通过液体震动松动SG 管束上的沉积物，并且取得了很好的效果，这是传统的水冲刷技术所不能媲美的。
2 超声清洗的作用原理
2.1 超声原理
超声清洗是利用空化效应在液体介质中去除金属表面沉积物的过程，由换能器产生高频声波，同时在同一声波频率下引起液体的震荡，当声波振幅足够大时，会在液体中形成空化气泡。气泡在清洗部件周围破裂时的瞬态压力，可以破坏沉积在部件上的污垢，使其脱落，如果污垢含有缝隙，气泡还能进入到污垢内部，压力完全作用在污垢上，去除更彻底。
空化产生的过程包括两个阶段，当换能器表面向外震动，液体中产生高压声波，这是循环压缩阶段，当换能器表面向内震动产生低压声波，该过程是膨胀阶段。膨胀过程中，液压降到蒸汽压之下时会产生空化气泡，在下个压缩过程，外压突然增大，引起空化气泡破裂，同时放出由压差引起的瞬时能量，该能量可以起到去除污垢的作用[2]。空化在液体和金属的接触面上最容易发生，另外，孔隙，裂纹和沉积物/金属表面也很容易发生空化，这些位置形成了空化气泡产生的集中区域。通常空化气泡产生的来源主要是沉积物孔隙中少量的水，当一个空化气泡在坚硬物体表面破裂时，瞬时产生一个小范围的高压水域，这些能量可以松动或使沉积物脱落，若气泡在污垢的内部形成，破裂对污垢的去除效果会更好。
2.2 超声空化的影响因素__
空化形成的条件是由超声波能和强度共同作用的结果，在流体中会受到诸如压力，温度，表面张力，和黏度等因素的影响，而且同这些因素有一定的联系[3]，如下：
2.2.1. 声强: 随着声强的增加，空化增加，而当空化达到饱和后仍不断加大声强，空化强度反而是下降的。如果高声强持续作用在燃料组件上，会发生空化腐蚀现象。
2.2.2. 频率: 频率越高，空化越高。低频空化时，空化气泡容易生成，空化强度较大，在处理硬度大的污垢时效果明显；而高频空化时，空化强度小，噪声小，在处理缝隙和裂纹以及复杂结构的物质更有利。
2.2.3 .压力差: 空化气泡内外的压力差越大，破裂所产生的强度也就越大。然而，要得到更大的压力差，就需要投入更多的超声能量或是提高产生空化的临界条件。如，当溶液的温度逐渐接近于其沸点温度时，超声清洗的效率明显下降，这时可以提高压力，增加沸点来克服这个问题。
2.2.4. 温度: 温度升高，蒸汽压增大会降低空化强度。
2.2.5 .黏度: 高黏度的溶液会提高空化产生的临界条件，同时降低了气泡的破裂强度。
2.2.6. 液体表面张力: 液体表面张力增大，空化气泡破裂强度增大，所以，在清洗液中加入一定量的表面活性剂来
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