核電站二回路汽水循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕狀態(tài)評(píng)價(jià)

徐元東

中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司 湖北武漢 430223

1 概述

核電站二回路汽水循環(huán)系統(tǒng)主要包括：蒸汽系統(tǒng)、給水系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)等。二回路的管道和設(shè)備運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部介質(zhì)為流動(dòng)的高溫、高壓的蒸汽或凝結(jié)水，腐蝕機(jī)理主要包括流動(dòng)加速腐蝕，海洋性大氣腐蝕以及保溫層下腐蝕等。在大修期間，對(duì)核電站二回路系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行了檢查，對(duì)曾經(jīng)發(fā)生過腐蝕問題的管道和設(shè)備進(jìn)行了調(diào)查。本文基于此分析了二回路系統(tǒng)腐蝕的影響因素，并介紹了一些典型的腐蝕機(jī)理，對(duì)相關(guān)的腐蝕問題開展評(píng)價(jià)。

2 管道腐蝕問題

二回路大部分管道材料為碳鋼材料，高溫管道表面均包裹保溫棉，低溫管道表面涂有防腐漆。在大修期間，通過對(duì)拆除了保溫棉的管道和涂防腐漆的管道外表面進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)外部海洋性氣候?qū)φ羝到y(tǒng)管道表面腐蝕輕微，在檢查過程中未發(fā)現(xiàn)保溫層滲水對(duì)管道表面產(chǎn)生腐蝕。二回路管道腐蝕問題集中在一些小管徑管段，主要表現(xiàn)為管道壁厚減薄、甚至穿孔泄漏。其中，蒸汽系統(tǒng)的疏水管道是腐蝕問題多發(fā)區(qū)。

3 設(shè)備腐蝕問題

二回路汽水系統(tǒng)主要設(shè)備包括汽水分離再熱器、加熱器和給水泵等。對(duì)蒸汽系統(tǒng)主要設(shè)備的腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)，二回路主要設(shè)備在材料和涂層等方面都采取了相應(yīng)的防腐措施，如加熱器的傳熱管為較耐腐蝕的不銹鋼，設(shè)備的外表面涂裝防腐漆或包裹保溫棉。經(jīng)運(yùn)行，除高加傳熱管發(fā)生泄漏外，本次調(diào)研的其它設(shè)備狀態(tài)良好，沒有發(fā)現(xiàn)大的腐蝕問題。主要是由于二回路采用了合理的水化學(xué)處理，嚴(yán)格控制水中有害離子濃度、氧含量等，因此二回路介質(zhì)對(duì)設(shè)備材料的腐蝕性較弱；同時(shí)，汽輪機(jī)廠房?jī)?nèi)溫度較高，空氣干燥，設(shè)備表面不易形成凝結(jié)水，有利于避免設(shè)備外部的海洋性大氣腐蝕和保溫層下積水腐蝕[1]。

4 二回路系統(tǒng)腐蝕的影響因素

影響二回路系統(tǒng)腐蝕的因素主要有：

4.1 pH 值

以前的常規(guī)電站常采用磷酸鹽處理法，將二回路水的pH值控制在堿性范圍，碳鋼表面可以形成較好的鈍化膜；但磷酸鹽處理法的缺點(diǎn)是，磷酸鹽可能在沸騰區(qū)或回路的局部區(qū)域發(fā)生濃縮，而產(chǎn)生局部強(qiáng)堿性環(huán)境，反而加劇腐蝕。因此，目前核電站中多采用全揮發(fā)法控制水pH值，因此不存在濃縮、蒸干、隱藏等現(xiàn)象。使用全揮發(fā)處理時(shí)，系統(tǒng)中的銅合金設(shè)備易發(fā)生氨腐蝕。

4.2 溶解氧

溶解氧濃度是二回路水化學(xué)控制的關(guān)鍵參數(shù)。電站的給水系統(tǒng)、凝汽器、除氧器及相關(guān)管道等都存在溶解氧腐蝕。碳鋼在高溫水中氧化膜顏色與溫度和水中的含氧量有關(guān)。電站一般采用兩種方法除氧，分別是在除氧器中進(jìn)行熱力除氧，以及在回路中加入除氧劑（聯(lián)氨）除氧。

4.3 水的流速

流速對(duì)腐蝕的影響較為復(fù)雜，是介質(zhì)、管道材料等因素相互作用的結(jié)果，特別是在管道彎頭處等局部位置，鋼鐵表面氧化膜容易被破壞而發(fā)生金屬腐蝕。當(dāng)水處于還原性環(huán)境時(shí)，增加流速往往發(fā)生流動(dòng)加速腐蝕，這在二回路疏水系統(tǒng)中較為常見。

4.4 水中雜質(zhì)

電站在運(yùn)行過程中不可避免的會(huì)引入各種雜質(zhì)，如檢修時(shí)帶入的雜質(zhì)，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物等。

5 腐蝕問題評(píng)價(jià)

通過對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行舉例評(píng)價(jià)其腐蝕問題。核電站的汽輪機(jī)的工作溫度遠(yuǎn)低于火電站機(jī)組，高壓缸的末級(jí)蒸汽為濕蒸汽，流量大，流速快；低壓缸的蒸汽來自汽水分離再熱器，由于過熱度不大，低壓缸的大部分級(jí)依然在濕蒸汽區(qū)工作。因此高/低壓的靜止部件和動(dòng)葉輪表面常受到?jīng)_蝕。國(guó)外早期的高壓缸都是碳鋼制造，缺乏必要的防護(hù)措施，沖刷腐蝕現(xiàn)象較為普遍。主要發(fā)生在氣缸中分面，高壓缸排氣口、隔板、高壓缸緊固件螺栓等部位[3]。特別是由于結(jié)構(gòu)上的原因而形成縫隙時(shí)，在高壓差下迫使汽水混合物高速穿過縫隙，而造成拉絲狀侵蝕現(xiàn)象。

除濕蒸汽腐蝕外，還應(yīng)該注意汽輪機(jī)停機(jī)后的沉積物腐蝕。蒸汽在做功過程中，由于溫度和壓力的不斷下降，如果硅、鐵、銅、磷酸鹽等雜質(zhì)超過蒸汽的溶解度，會(huì)沉積在葉輪表面。在機(jī)組運(yùn)行過程中，由于干蒸汽不導(dǎo)電，不會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，而這些雜質(zhì)本身的腐蝕性也不強(qiáng)，因此對(duì)葉輪幾乎沒有腐蝕。但在停機(jī)狀態(tài)下，由于這些附著的污垢和雜質(zhì)的吸潮性，可能發(fā)生電化學(xué)腐蝕。如果吸潮后pH為8左右，腐蝕還不明顯，但如果pH為酸性，則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）常規(guī)島設(shè)備的腐蝕問題涉及面很廣，局部防護(hù)的措施很多，比如：氣輪機(jī)的末級(jí)葉片采用鈦合金，高壓缸的流通件都用不銹鋼制造等。另外，凝結(jié)水泵的葉輪，主軸和軸套為不銹鋼材質(zhì)；主給水泵的蝸殼、擴(kuò)壓器、葉輪和軸采用高鉻鋼材料等，以滿足工況條件的需要。（2）核電站常規(guī)島設(shè)備和管道在防腐蝕方面采取的相應(yīng)措施，是建立在大量運(yùn)行機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)反饋基礎(chǔ)上的。由于國(guó)內(nèi)核電站的運(yùn)行時(shí)間還相對(duì)較短，也有待于在今后長(zhǎng)期運(yùn)行和維修中進(jìn)一步驗(yàn)證。