核電廠二回路管道腐蝕降級(jí)特征分析與敏感點(diǎn)識(shí)別

趙 亮,羅坤杰,李光福

(1. 中核核電運(yùn)行管理有限公司 技術(shù)管理處，海鹽 314300; 2. 蘇州熱工研究院有限公司 電站壽命管理技術(shù)中心，蘇州 215004; 3. 上海材料研究所 上海市工程材料應(yīng)用與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200437)

?

核電廠二回路管道腐蝕降級(jí)特征分析與敏感點(diǎn)識(shí)別

趙 亮1,羅坤杰2,李光福3

(1. 中核核電運(yùn)行管理有限公司 技術(shù)管理處，海鹽 314300; 2. 蘇州熱工研究院有限公司 電站壽命管理技術(shù)中心，蘇州 215004; 3. 上海材料研究所 上海市工程材料應(yīng)用與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200437)

分析了液態(tài)單相和汽液兩相介質(zhì)環(huán)境中二回路低碳鋼管道發(fā)生不同程度流動(dòng)加速腐蝕(FAC)和沖刷腐蝕(EC)降級(jí)的宏微觀形貌與壁厚分布等基本特征，并根據(jù)腐蝕機(jī)理及其特征研究了二回路管道失效敏感點(diǎn)的識(shí)別方法。

核電廠;二回路;管道;流動(dòng)加速腐蝕;沖刷腐蝕

核電廠二回路為封閉的汽水循環(huán)回路，其主要功能為將高溫高壓蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)做功后冷凝，再將冷凝水逐級(jí)加熱送至蒸汽發(fā)生器二次側(cè)產(chǎn)生蒸汽，并維持這一汽水循環(huán)不斷運(yùn)行。二回路由蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)、凝汽器、多級(jí)給水加熱器、除氧器、主給水泵等設(shè)備和相應(yīng)的汽水分離再熱、抽氣疏水、蒸汽發(fā)生器排污及其他輔助系統(tǒng)組成。圖1為某核電廠二回路熱平衡簡圖[1]。

核電廠二回路管道主要選用低碳鋼管件焊接連接。由于蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電廠一回路和二回路的主要壓力邊界，為關(guān)鍵的核安全1級(jí)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修更換成本高，因此從蒸汽發(fā)生器運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性角度考慮，二回路水化學(xué)控制主要是創(chuàng)造一個(gè)低腐蝕的還原性條件以保證蒸汽發(fā)生器的使用壽命。一般通過在除鹽水中加入聯(lián)氨等除氧劑除氧，加入嗎啉、氨等堿化劑調(diào)節(jié)pH，將二回路溶解氧質(zhì)量濃度控制在10 μg·L-1以下，pH控制在9.6～9.8(25 ℃)，其他有害離子如Cl-質(zhì)量濃度約為1 μg·L-1。在此水化學(xué)環(huán)境中，二回路設(shè)備管道的腐蝕速率總體緩慢，給水總鐵含量約為1 μg·L-1[1-2]。

但溶解氧含量低的環(huán)境不利于低碳鋼管線內(nèi)壁形成穩(wěn)定而致密的氧化膜，管線局部位置由流動(dòng)加速腐蝕(FAC)造成的減薄會(huì)比較顯著。此外，由于結(jié)構(gòu)或壓力突變，一些節(jié)流孔板、壓力控制閥、疏水減壓閥等設(shè)備下游會(huì)產(chǎn)生高流速并發(fā)生介質(zhì)的相態(tài)、流態(tài)變化，不僅會(huì)加劇FAC，也可能造成沖蝕(EC)。與FAC相比，EC造成的管壁減薄速率更快，甚至?xí)纬沙Ｒ?guī)超聲測(cè)厚難以準(zhǔn)確探查的沖蝕溝槽，管線短時(shí)間內(nèi)即可發(fā)生泄漏。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，F(xiàn)AC和EC是核電廠二回路管道的主要腐蝕降級(jí)形式。

1986年12月9日，美國Surry核電站二回路管線破口，造成4人死亡，4人重傷；2004年8月9日，日本Mihama核電站二回路管線破口，造成4人死亡，7人受傷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于對(duì)核電廠二回路管道的腐蝕降級(jí)缺乏認(rèn)識(shí)，世界范圍內(nèi)核電廠二回路腐蝕降級(jí)造成的管道破口事件已有上百起，嚴(yán)重影響了核電廠人員安全和機(jī)組安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此,對(duì)核電廠二回路管道的腐蝕降級(jí)進(jìn)行有效的監(jiān)督和控制至關(guān)重要。

本工作根據(jù)二回路管道的設(shè)計(jì)、運(yùn)行特點(diǎn)，討論了FAC、EC的機(jī)理及影響因素，對(duì)氣液兩相環(huán)境中管線不同程度的腐蝕損傷特征進(jìn)行了分析，研究了相應(yīng)的敏感點(diǎn)識(shí)別方法。

1　二回路管道的FAC和EC

1.1二回路管道的FAC

FAC是一種電化學(xué)腐蝕。對(duì)于低碳鋼等合金，溶液中陽極溶解和沉積作用會(huì)在金屬基體表面形成一定厚度的Fe3O4氧化膜，這一多孔擴(kuò)散阻礙層能夠降低溶解氧和Fe2+的傳質(zhì)速率；同時(shí)，F(xiàn)e3O4氧化膜也會(huì)在溶液的還原作用下溶解。當(dāng)Fe3O4的生成速率與其溶解速率達(dá)到平衡時(shí)，F(xiàn)e3O4多孔擴(kuò)散阻礙層的厚度保持不變，可防止金屬進(jìn)一步腐蝕。但是，隨著溶液流速逐漸增大，金屬基體及其氧化膜附近的Fe2+濃度梯度隨之增大，氧化膜溶解加速，多孔擴(kuò)散阻礙層減薄，進(jìn)而加快了Fe2+的擴(kuò)散和遷移，使金屬基體不斷腐蝕減薄,見圖2。

考慮氧化膜的穩(wěn)定性和Fe2+的擴(kuò)散性，F(xiàn)AC的影響因素主要為材料、環(huán)境和流體動(dòng)力學(xué)3方面。

合金元素是影響金屬氧化膜穩(wěn)定性和溶解度的內(nèi)因，適當(dāng)增加低碳鋼中的鉻含量可顯著提高其抗FAC能力，合金元素銅、鉬也能緩解FAC。

影響FAC的環(huán)境因素包括溫度、pH、溶解氧含量等。液態(tài)單相流150 ℃、汽液兩相流180 ℃時(shí)FAC速率最大；pH控制在9.5以上時(shí)，F(xiàn)AC速率隨pH增大急劇減?。蝗芙庋踬|(zhì)量濃度低于10 μg·L-1時(shí)FAC敏感性大，當(dāng)溶解氧質(zhì)量濃度達(dá)到90 μg·L-1時(shí)FAC可忽略不計(jì)。

流體動(dòng)力學(xué)因素主要包含流速、結(jié)構(gòu)、粗糙度等，通過影響Fe2+向主體溶液中擴(kuò)散、遷移的傳質(zhì)速率來起作用。

1.2二回路管道的EC

EC指高速液滴或者液流沖擊機(jī)械力作用下造成管道內(nèi)壁氧化膜及金屬基體損傷的一種腐蝕形式。由于低碳鋼Fe3O4氧化膜和不銹鋼鈍化膜在高溫液態(tài)單相環(huán)境中具有較高的力學(xué)穩(wěn)定性，因此核電廠二回路管道發(fā)生的EC主要以氣液兩相下的液滴沖擊侵蝕、空泡腐蝕和閃蒸沖刷等損傷形式為主，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明二回路管道也存在液態(tài)單相流下的噴射切割損傷。

液滴沖擊侵蝕是指摻雜在氣相中的液相微粒在高速氣流帶動(dòng)下持續(xù)離散地沖擊管道內(nèi)壁，使氧化膜或金屬基體表面接觸應(yīng)力顯著升高而發(fā)生局部磨損，彎頭、三通、孔板、閥門等處的結(jié)構(gòu)或壓力變化往往會(huì)使二回路管道遭受液滴沖擊侵蝕。

空泡腐蝕是指高溫高壓流體的壓力下降至飽和蒸汽壓以下后，液相中形成大量微小汽泡，這些汽泡被帶到下游高壓區(qū)后隨即發(fā)生劇烈爆裂，靠近管壁處的大量汽泡爆裂導(dǎo)致管道內(nèi)壁發(fā)生高頻疲勞損傷。

閃蒸沖蝕是指高溫高壓液態(tài)單相流或氣液兩相流的壓力在突然下降至飽和蒸汽壓以下后，流體中的液相迅速汽化，流體體積急劇膨脹，流體流速驟然加快使管道內(nèi)壁氧化膜或金屬基體受損的一種破壞形式。流體以氣相為主時(shí)閃蒸作用實(shí)際上是加速了液滴沖擊侵蝕，而以液相為主時(shí)，閃蒸作用使流體加速在管道內(nèi)壁形成光滑的磨痕。

液態(tài)單相流下的噴射切割損傷是指高溫高壓的液態(tài)單相流在流經(jīng)高壓差小開度閥門后,由于壓力驟降產(chǎn)生小股高速流體對(duì)管道金屬基體的機(jī)械切割損傷，高速液流會(huì)在管道內(nèi)壁沿流向切割出鋒利的溝槽。同時(shí)，由于壓力突然下降，也會(huì)伴隨一定程度的液滴沖擊或閃蒸沖蝕。

2　液態(tài)單相介質(zhì)中的FAC損傷特征

以某給水泵暖泵管線節(jié)流孔板下游管線為例，采用體式顯微鏡和掃描電鏡等設(shè)備研究了管道在液態(tài)單相介質(zhì)中的FAC損傷特征。管道運(yùn)行溫度142 ℃、運(yùn)行壓力7 MPa。管道尺寸為DN20，材料為ASME SA106B，采用電感耦合等離子光譜發(fā)生儀測(cè)定管段母材中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%。

2.1液態(tài)單相條件下的腐蝕損傷

圖3為液態(tài)單相環(huán)境中，未發(fā)生腐蝕損傷和發(fā)生腐蝕損傷的管道內(nèi)壁形貌。兩者均已累計(jì)運(yùn)行10 a。由圖3(a)可見,管道內(nèi)壁被均勻平整的氧化膜覆蓋，氧化膜未發(fā)生局部溶解損傷。能譜半定量分析表明氧化膜由氧和鐵組成，其中鐵的原子分?jǐn)?shù)為43%，與Fe3O4中鐵的含量基本吻合。由圖3(b)可見,管道內(nèi)壁局部存在結(jié)疤狀腐蝕產(chǎn)物，個(gè)別位置已存在較淺的腐蝕坑，這些腐蝕坑與液態(tài)單相環(huán)境中特殊工況下氧化膜的局部溶解損傷有關(guān)。

2.2液態(tài)單相條件下的FAC

圖4為液態(tài)單相環(huán)境中發(fā)生局部輕微FAC的管內(nèi)壁形貌。該管道已累計(jì)運(yùn)行4 a，現(xiàn)場超聲波測(cè)厚未發(fā)現(xiàn)明顯減薄。管道內(nèi)壁局部存在寬度較大但深度很淺的條帶狀凹坑，凹坑深度沿流向逐漸減小。觀察發(fā)現(xiàn)這些深度較淺的凹坑已有氧化膜剝落跡象。能譜半定量分析表明凹坑處的鐵含量為62.28%(原子分?jǐn)?shù)，下同)，明顯高于Fe3O4中43%的鐵含量，這表明表面氧化膜已存在一定程度的損傷。

圖5為液態(tài)單相環(huán)境中發(fā)生輕度FAC的管內(nèi)壁形貌。該管道已累計(jì)運(yùn)行8 a。現(xiàn)場超聲波測(cè)厚能夠發(fā)現(xiàn)孔板下游管道存在異常減薄，最大減薄速率為0.19 mm/a。從壁厚分布情況來看,減薄區(qū)與非減薄區(qū)壁厚平緩過渡，管內(nèi)壁靠近孔板位置存在密集小凹坑，凹坑沿流向逐漸變得大而稀疏。凹坑均呈馬蹄形,觀察凹坑底部可見，氧化膜在流體作用下發(fā)生局部溶解的痕跡。分別對(duì)氧化膜的未溶解區(qū)和溶解區(qū)進(jìn)行能譜分析，發(fā)現(xiàn)溶解區(qū)鐵含量為74.61%，未溶解區(qū)鐵含量為41.87%。

圖6為液態(tài)單相環(huán)境中發(fā)生中度FAC的管內(nèi)壁形貌。該管道已累計(jì)運(yùn)行4 a，根據(jù)超聲測(cè)厚數(shù)據(jù)計(jì)算最大減薄速率為0.22 mm/a。從壁厚分布情況來看,減薄區(qū)與非減薄區(qū)壁厚平緩過渡。宏觀可見管道內(nèi)壁靠近孔板位置布滿了均勻分布的凹坑，凹坑沿流向逐漸變得大而稀疏,見圖6(a)。凹坑呈馬蹄形均勻分布，對(duì)凹坑以及凹坑底部的能譜分析表明，表面主要由鐵和氧組成，其中鐵含量為62.28%，明顯高于Fe3O4中鐵的含量。觀察凹坑底部可見氧化膜在流體作用下發(fā)生局部溶解的痕跡。

圖7為液態(tài)單相環(huán)境中發(fā)生嚴(yán)重FAC的管內(nèi)壁形貌。該管道已累計(jì)運(yùn)行10 a，現(xiàn)場超聲測(cè)厚發(fā)現(xiàn)孔板下游管道異常減薄，最大減薄速率達(dá)0.3 mm/a。從壁厚分布情況來看,減薄區(qū)與非減薄區(qū)壁厚平緩過渡。靠近孔板位置有密集的小凹坑，小凹坑呈蜂窩狀，沿著流體方向凹坑逐漸變得大而稀疏。凹坑底部的氧化膜在流體作用下也呈現(xiàn)出明顯溶解的痕跡。能譜分析表明,凹坑底部氧化膜表面主要由鐵和氧組成，其中鐵含量已達(dá)到66.2%。

由以上分析可以發(fā)現(xiàn)，液態(tài)單相下管道內(nèi)壁氧化膜狀態(tài)受FAC速率影響，F(xiàn)AC速率越大，氧化膜損傷越嚴(yán)重，同時(shí)，氧化膜的損傷進(jìn)一步加劇了FAC。對(duì)發(fā)生不同程度FAC損傷的管道內(nèi)壁形貌觀察可以發(fā)現(xiàn)，液態(tài)單相下FAC減薄區(qū)與非減薄區(qū)壁厚平緩過渡，管線靠近孔板位置即FAC敏感位置存在密集小凹坑，凹坑沿流向逐漸變得大而稀疏，微觀下凹坑呈馬蹄形均勻分布。這種形貌與液態(tài)單相下管道局部流態(tài)和流場相對(duì)較為穩(wěn)定有關(guān)。

3　氣液兩相介質(zhì)中的FAC損傷特征

核電廠二回路管道氣液兩相流流速較大，流態(tài)復(fù)雜，對(duì)氧化膜的影響強(qiáng)烈，對(duì)氣液兩相流下發(fā)生不同程度腐蝕損傷的低碳鋼管線內(nèi)表面宏微觀特征進(jìn)行了觀察和分析。

管道為主氣門疏水管線節(jié)流孔板下游管段，管道運(yùn)行溫度257.6 ℃，運(yùn)行壓力4.51 MPa。管道尺寸為DN25，材料為ASME A106B，管段母材中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.10%。

3.1氣液兩相條件下局部腐蝕

圖8為氣液兩相環(huán)境中發(fā)生局部FAC的管內(nèi)壁形貌。該管道已累計(jì)運(yùn)行10 a。宏觀可見內(nèi)壁有較多結(jié)疤狀腐蝕產(chǎn)物，有明顯的沉積痕跡，能譜顯示結(jié)疤處與基體處成分相近，均為鐵和氧的化合物?？梢娫跉庖簝上嗔髯饔孟拢趸ぐl(fā)生了局部溶解，溶解的氧化膜沒有及時(shí)被主體流體充分帶走，而是逐漸沉積在凹坑表面，形成沿流向分布的結(jié)疤。氣液兩相環(huán)境中，流體的流態(tài)較純液相環(huán)境中的更復(fù)雜，流體中離子的傳質(zhì)速率也更高，氧化膜溶解速率較快，與2.1節(jié)所述的液態(tài)單相下的局部腐蝕損傷相比，形成的結(jié)疤和蝕坑更多，腐蝕損傷也更嚴(yán)重。

3.2氣水兩相條件下FAC

圖9為氣液兩相環(huán)境中發(fā)生中度FAC的管內(nèi)壁形貌。該管道已累計(jì)運(yùn)行10 a，現(xiàn)場超聲波測(cè)厚能夠發(fā)現(xiàn)孔板下游管道存在異常減薄，最大減薄速率為0.2 mm/a。

宏觀上孔板附近區(qū)域減薄嚴(yán)重，減薄位置呈虎皮斑紋花樣，存在強(qiáng)烈的流體湍流影響痕跡；沿流向虎皮斑紋花樣逐漸消失，壁厚減薄量也逐漸減小。這表明流體經(jīng)過孔板后由于壓降發(fā)生了部分氣化，形成氣相為主的氣液兩相，氣液兩相流下FAC劇烈，隨后溫度逐漸下降，流體以液相為主。能譜分析表明，無論氣液兩相區(qū)還是液相區(qū)，凹坑底部氧化膜均不完整。

圖10為氣液兩相環(huán)境中發(fā)生嚴(yán)重FAC的管內(nèi)壁形貌。該管道已累計(jì)運(yùn)行8 a，最大減薄速率為0.3 mm/a?？梢娍拷装逄帨p薄嚴(yán)重，減薄區(qū)與非減薄區(qū)過渡較突然，減薄區(qū)壁厚出現(xiàn)整體損失。

宏觀可見管內(nèi)壁布滿了小凹坑，減薄區(qū)呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的流體湍流痕跡。微觀可見減薄區(qū)凹坑呈馬蹄坑狀均勻分布。能譜分析表明，減薄區(qū)表面主要為鐵和氧的氧化膜，氧含量很低。說明此位置形成的Fe3O4氧化膜在氣液兩相環(huán)境中的溶解速率較快，相應(yīng)的FAC減薄速率很高。

由以上分析可以發(fā)現(xiàn)，氣液兩相下管道內(nèi)壁氧化膜較液態(tài)單相下?lián)p傷更為嚴(yán)重，F(xiàn)AC速率也更大。由于氣液兩相條件下流體的強(qiáng)烈作用，減薄區(qū)與非減薄區(qū)過渡較突然，減薄區(qū)出現(xiàn)整體的壁厚損失，雖然最大減薄速率與液態(tài)單相下相近，但實(shí)際腐蝕失重卻大很多。

4　二回路管道EC損傷特征

圖11為高壓缸疏水管線節(jié)流孔板下游的ASME SA106B、DN25管道內(nèi)壁在汽液兩相條件下發(fā)生EC的形貌?？装迳嫌芜\(yùn)行溫度216 ℃，運(yùn)行壓力1.95 MPa；孔板下游運(yùn)行溫度167 ℃，運(yùn)行壓力0.64 MPa。

該管線已累計(jì)運(yùn)行12 a，最大減薄速率約0.5 mm/a。宏觀上可見孔板下游位置已經(jīng)發(fā)生了腐蝕穿孔，腐蝕減薄形貌呈河流狀和平滑溝槽狀，微觀下呈波紋狀或海灘狀，幾乎未見穩(wěn)定的氧化膜存在，為典型沖刷腐蝕形貌；在腐蝕穿孔位置下游的管道內(nèi)壁也發(fā)現(xiàn)了馬蹄坑狀FAC形貌。

圖12為高壓加熱器疏水閥下游管道內(nèi)壁沖蝕形貌。管線運(yùn)行10 a后，現(xiàn)場超聲測(cè)厚發(fā)現(xiàn)管道整體減薄并存在局部嚴(yán)重減薄，嚴(yán)重減薄處壁厚已由5 mm減至1.5 mm。該疏水閥上游為液態(tài)單相流，運(yùn)行溫度170 ℃，運(yùn)行壓力1.2 MPa；閥后連接凝汽器，考慮管阻壓降等因素后閥后運(yùn)行壓力約為0.01 MPa。閥門小開度動(dòng)作或小流量內(nèi)漏時(shí)產(chǎn)生高壓噴射流，流速可達(dá)177 m/s，直接對(duì)管壁金屬進(jìn)行噴射切割，形成明顯溝槽，高倍下溝槽底部沿流體方向存在線狀沖刷凹坑。同時(shí)高溫高壓水經(jīng)過閥門后發(fā)生閃蒸，加劇流體對(duì)管壁的沖刷，導(dǎo)致管道整體減薄。除噴射切割處形成的溝槽外，其他減薄位置較為光滑，為閃蒸沖刷形貌。

可見，EC的減薄速率明顯大于FAC的，沖刷形貌也與相應(yīng)腐蝕機(jī)理有關(guān)，其中高速液流可能會(huì)沖刷出窄而深的溝槽，常規(guī)超聲測(cè)厚手段難以發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確測(cè)量剩余壁厚，需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行判斷并保守決策。

5　腐蝕降級(jí)敏感點(diǎn)的識(shí)別

液態(tài)單相中FAC對(duì)壁厚的影響較為溫和，壁厚減薄區(qū)與未減薄區(qū)平緩過渡，管道內(nèi)壁均布蝕坑，蝕坑沿流向逐漸變得大而稀疏，微觀上呈馬蹄坑形貌。汽液兩相中FAC對(duì)壁厚影響較大，減薄區(qū)集中于局部位置或管段，減薄區(qū)壁厚發(fā)生了整體減薄，減薄區(qū)與未減薄區(qū)壁厚過渡較突然。減薄處宏觀呈虎皮斑紋，微觀上呈馬蹄坑形貌。氣液兩相下發(fā)生EC時(shí)，壁厚存在較大程度的局部突變，具體形貌與相應(yīng)的沖蝕機(jī)理有關(guān)。高速液流的切割沖蝕則形成鋒利的沖刷溝槽，壁厚局部突變嚴(yán)重。

由于管道定期監(jiān)督的常用方法為均勻布點(diǎn)實(shí)施超聲波壁厚測(cè)量，因此對(duì)FAC造成的壁厚減薄較易識(shí)別，但對(duì)于減薄速率快，而泄漏危害大的EC所造成的局部減薄則容易被漏檢，尤其難以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)溝槽狀減薄區(qū)。因此，應(yīng)在充分了解腐蝕降級(jí)機(jī)理的前提下，通過材料、工況、壁厚分布、內(nèi)表面宏微觀形貌等特征的分析，明確區(qū)分FAC和EC部件，識(shí)別出二回路的腐蝕降級(jí)敏感點(diǎn)，再實(shí)施針對(duì)性的定期檢查和預(yù)防性維修。

對(duì)核電廠工程實(shí)際而言，二回路水化學(xué)調(diào)控趨于穩(wěn)定后，影響FAC的主要因素僅限于材料、溫度和流場3方面?？筛鶕?jù)管道的材質(zhì)和運(yùn)行溫度篩選出FAC敏感管線，進(jìn)而再根據(jù)流場特征識(shí)別出管線上的FAC敏感點(diǎn)。而EC敏感點(diǎn)的識(shí)別則主要考慮流場特征。具體的敏感點(diǎn)識(shí)別方法可參考表1。為提高后續(xù)的定期檢查和預(yù)防性維修效率，將EC和FAC敏感點(diǎn)按相應(yīng)的影響因素分為敏感和次敏感2個(gè)級(jí)別。針對(duì)不同級(jí)別規(guī)劃相應(yīng)的檢查計(jì)劃，各相鄰級(jí)別的敏感點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際的跟蹤檢查情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆旨?jí)調(diào)整以對(duì)應(yīng)不同的檢查策略。

表1　二回路管道腐蝕降級(jí)敏感點(diǎn)識(shí)別

除實(shí)施二回路管道的定期監(jiān)督外，如果通過實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證能夠確定為管線因FAC發(fā)生降級(jí)，可將液態(tài)單相常開管線和預(yù)期壽命小于10 a的氣液兩相管線更換為鉻含量高于1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的合金鋼或不銹鋼管道[7]，如常見的P11、P22或304L等，從而徹底消除FAC失效敏感點(diǎn)；對(duì)于確定因EC降級(jí)的管線，可考慮引入高表面硬度的材料或表面噴涂高強(qiáng)度合金的方式緩解EC；對(duì)于嚴(yán)重的EC，必要時(shí)需要優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低壓差從而降低局部流速，以緩解EC。但應(yīng)注意，提高表面強(qiáng)度和改善系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不能夠徹底消除EC失效敏感點(diǎn)。

6　總結(jié)

FAC和EC是核電廠二回路管道的主要腐蝕降級(jí)形式。其中，二回路管道的FAC主要受材料、溫度和流場等因素影響，而EC主要受流場和流態(tài)的影響；在液態(tài)單相流、氣液兩相流介質(zhì)條件下FAC和EC減薄區(qū)的壁厚分布、宏微觀形貌、氧化膜狀態(tài)等都各不相同，可根據(jù)本文討論確定的腐蝕降級(jí)特征明確區(qū)分各類失效形式，并對(duì)核電廠二回路管道的腐蝕降級(jí)敏感點(diǎn)進(jìn)行有效識(shí)別和分級(jí)管理。在此基礎(chǔ)上，通過開展針對(duì)性的監(jiān)督評(píng)價(jià)、材質(zhì)變更及系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，能夠?qū)AC和EC進(jìn)行有效監(jiān)控，從而保障二回路管道在壽期內(nèi)完整可靠。

[1]趙亮，胡建群，吳志剛，等. 核電站二回路管道流動(dòng)加速腐蝕管理探討[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[2]趙亮，胡建群，吳志剛，等. 秦山第三核電廠二回路管道流動(dòng)加速腐蝕管理[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

Corrosion Degradation Character Analysis and Sensitive Point Identification of the Nuclear Power Plant Secondary Loop Piping

ZHAO Liang1, LUO Kun-jie2, LI Guang-fu3

(1. Engineering Management Department, CNNC Nuclear Power Operations Management Co., Ltd., Haiyan 314300, China;2. Life Management Center, Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004, China; 3. Shanghai Key Lab of Engineering Materials Application and Evaluation, Shanghai Research Institute of Materials, Shanghai 200437, China)

The macro and micro morphology and some basic characters, such as the thickness distribution for the pipe sections with varying degrees of the flow accelerated corrosion and erosion corrosion damage in liquid phase and vapor-liquid dual-phase were collected and analyzed. According to the corrosion mechanism and characters, the identification method for the sensitive point of failure was investigated.

nuclearpower plant; secondary loop; pipeline; flow accelerated corrosion; erosion corrosion

10.11973/fsyfh-201607011

2016-05-20

李光福(1962-),教授級(jí)高工,博士,從事材料評(píng)價(jià)相關(guān)工作,021-65556775-272,guangfuli8298@vip.sina.com

TG172

A

1005-748X(2016)07-0579-07