核電廠金屬材料流動(dòng)加速腐蝕

冷王威　楊鵬飛　張海坤　杜文忠

【摘 要】隨著社會(huì)的進(jìn)步和人類對(duì)清潔能源認(rèn)識(shí)的不斷提高，核電事業(yè)正在蓬勃發(fā)展。但是核電廠金屬材料的流動(dòng)加速腐蝕（FAC）一直困擾機(jī)組，影響機(jī)組的安全運(yùn)行，如何減少金屬材料流動(dòng)加速腐蝕顯得尤為重要。論文對(duì)流動(dòng)加速腐蝕的產(chǎn)生機(jī)理、電廠真實(shí)案例以及如何合理地設(shè)計(jì)管道、選擇材料來預(yù)防FAC等方面進(jìn)行介紹。

【Abstract】With the progress of society and the increasing awareness of clean energy， nuclear power is developing vigorously. However， the flow accelerated corrosion （FAC） of metal materials in nuclear power plant has always been a problem for the unit， which affects the safe

operation of the unit. How to reduce the flow accelerated corrosion of metal materials is particularly important. This paper introduces the mechanism of flow-accelerated corrosion， the real case of power plant， and how to design pipelines reasonably and select materials to prevent FAC.

【關(guān)鍵詞】核電;流動(dòng)加速腐蝕;產(chǎn)生機(jī)理;預(yù)防

【Keywords】 nuclear power; flow accelerated corrosion; generation mechanism; prevention

【中圖分類號(hào)】TL353+.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）09-0179-02

1 引言

流動(dòng)加速腐蝕現(xiàn)象是由于流體在一定溫度及壓力下流動(dòng)，造成金屬保護(hù)氧化膜加速溶解的現(xiàn)象。由于其在核電廠發(fā)生的普遍性，電廠需要成立專業(yè)項(xiàng)目組進(jìn)行額外的在役檢查監(jiān)測(cè)以及對(duì)腐蝕嚴(yán)重的管道彎頭進(jìn)行切割更換等，帶來一系列財(cái)產(chǎn)損失，使發(fā)電成本升高[1]。如若監(jiān)測(cè)不力，更會(huì)發(fā)生管道腐蝕穿孔、管道漏氣漏液、系統(tǒng)失壓、機(jī)組跳機(jī)的重大安全隱患，嚴(yán)重威脅電廠的安全運(yùn)行。如何解決這一問題，預(yù)防流動(dòng)加速腐蝕顯得尤為關(guān)鍵。

2 流動(dòng)加速腐蝕產(chǎn)生機(jī)理

流動(dòng)加速腐蝕多數(shù)發(fā)生在電廠在役運(yùn)行的管道、彎頭內(nèi)部，其中介質(zhì)為特定溫度及壓力下流動(dòng)的液體或濕蒸汽。在介質(zhì)的流動(dòng)下，管道、彎頭內(nèi)部表面的氧化膜逐漸溶解減薄，進(jìn)而使金屬基體逐漸暴露出來[2]。失去氧化膜的保護(hù)，金屬腐蝕會(huì)更加迅速。如沒有被及時(shí)監(jiān)測(cè)出來會(huì)直至管道穿孔。

3 電廠真實(shí)案例

3.1 背景介紹

根據(jù)大亞灣經(jīng)驗(yàn)反饋，CET系統(tǒng)管線彎頭有異常減薄穿孔，導(dǎo)致出現(xiàn)汽輪機(jī)軸封漏氣的情況。CET系統(tǒng)為汽輪機(jī)提供軸封供氣，若漏氣嚴(yán)重不進(jìn)行有效處理，將會(huì)使高中壓缸失去真空，進(jìn)而汽輪機(jī)甩負(fù)荷，機(jī)組跳機(jī)。且經(jīng)驗(yàn)反饋穿孔的CET管線彎頭位于高中壓缸正下方，高度約離地13m?，F(xiàn)場(chǎng)該處管線復(fù)雜，若日常期間發(fā)生漏氣，只能從0m搭置大量腳手架至13m處處理缺陷。大量的腳手架搭置的前期準(zhǔn)備可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)搶修造成很大的時(shí)間沖擊，嚴(yán)重時(shí)可能使搶修人員未來得及到達(dá)該處進(jìn)行帶壓堵漏，汽輪機(jī)就已經(jīng)失去真空。

為防止機(jī)組日常運(yùn)行期間發(fā)生管線彎頭減薄穿孔，也為弄清管線彎頭減薄的根本原因，紅沿河已從 H299大修開始，持續(xù)跟蹤在運(yùn)的4臺(tái)機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)CET彎頭減厚情況，每輪大修對(duì)CET系統(tǒng)7條碳鋼管線彎頭進(jìn)行超聲波測(cè)厚，對(duì)測(cè)厚結(jié)果壁厚過小不滿足運(yùn)行規(guī)范的彎頭進(jìn)行更換處理。

3.2 事件描述

對(duì)比紅沿河自H299以來的9次大修測(cè)厚數(shù)據(jù)，7根材質(zhì)為20G的碳鋼管線彎頭腐蝕最嚴(yán)重，各部位均見不同程度的減薄。減薄尤其嚴(yán)重的為CET150TY管線上的彎頭。1號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間最久，H103在役檢查測(cè)厚發(fā)現(xiàn)1CET150TY彎頭最小壁厚位于彎頭外弧線，于H103已降至2.4mm（標(biāo)準(zhǔn)壁厚5.49mm）。

CET150TY管線設(shè)計(jì)壓力0.5MPa，設(shè)計(jì)溫度186℃，運(yùn)行壓力0.3094，運(yùn)行溫度134.6℃，管道彎頭尺寸?88.9×5.49m。

紅沿河靜機(jī)聯(lián)合系統(tǒng)設(shè)備處、技術(shù)處、中廣核運(yùn)行有限公司大修中心成立專項(xiàng)組，會(huì)議討論壁厚低于標(biāo)準(zhǔn)壁厚87.5%即為異常。根據(jù)常規(guī)島熱力管道彎頭最小壁厚計(jì)算公式：tmin≥t+Kt損+Δ;其中tmin為最小測(cè)量壁厚，t為計(jì)算壁厚，K為安全系數(shù)，t損為1個(gè)檢查周期范圍內(nèi)最大壁厚損失量，Δ為測(cè)量不確定度。

測(cè)厚彎頭最小壁厚2.5mm已不滿足運(yùn)行要求，如再不進(jìn)行更換，可能在下一輪大修停機(jī)之前，日常機(jī)組運(yùn)行時(shí)就會(huì)腐蝕穿孔。之后項(xiàng)目組立即組織人力對(duì)彎頭進(jìn)行切割更換，切割下來的彎頭背弧沖刷減薄嚴(yán)重，后續(xù)將切割彎頭送檢蘇熱院。最終確認(rèn)該彎頭背弧過快腐蝕滿足流動(dòng)加速腐蝕（FAC）。

3.3 大修測(cè)厚數(shù)據(jù)對(duì)比

3CET150TY彎頭兩輪大修數(shù)據(jù)對(duì)比如表1、表2 所示。

由表1可知，實(shí)測(cè)最薄點(diǎn)位于E9點(diǎn)附近，為3.37mm，小于5.49×0.875=4.80mm。

由表2可知，實(shí)測(cè)最薄點(diǎn)位于E7點(diǎn)附近，為3.95mm，小于5.49×0.875=4.80mm。

對(duì)比兩次測(cè)厚數(shù)據(jù)，最大減薄速率約2.0mm/年，位于D7點(diǎn)。

3.4 采取的糾正措施

大量數(shù)據(jù)顯示，選用Cr含量較大的材料對(duì)流動(dòng)加速腐蝕有很明顯的改善。市場(chǎng)大量使用的含Cr材料有如下幾種：WB36CN1、（0.15Cr）、20+Cr（0.15Cr）、1Cr0.5Mo（12Cr1MoV）、2Cr0.5Mo（12Cr2MoV）、奧氏體不銹鋼（18-8類）。

經(jīng)聯(lián)合項(xiàng)目組討論，最終決定選用12Cr1MoV材質(zhì)的彎頭進(jìn)行臨時(shí)替代，經(jīng)焊接工程師評(píng)價(jià)管道材質(zhì)20G與彎頭材質(zhì)12Cr1MoV可以焊接，后續(xù)提DER進(jìn)行持續(xù)跟蹤。彎頭回焊前先進(jìn)行測(cè)厚數(shù)據(jù)留底，下一輪大修對(duì)相同彎頭再次進(jìn)行測(cè)厚，兩次數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比以確定新選用材質(zhì)是否滿足要求。

4 結(jié)論

綜上所述，采用合理的措施預(yù)防FAC的發(fā)生是大勢(shì)所趨，其具體實(shí)施過程也是困難重重。從短期角度講，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和在役檢查持續(xù)監(jiān)測(cè)更換那些明顯磨損的部件，特別是局部腐蝕的部件，如控制閥和孔板下游部位。

【參考文獻(xiàn)】

【1】劉飛華， 羅坤杰， 李巖. 流動(dòng)加速腐蝕機(jī)理及其影響因素[C]// 全國(guó)腐蝕大會(huì). 2011.

【2】林彤，周克毅，司曉東.電廠機(jī)組流動(dòng)加速腐蝕研究進(jìn)展及防護(hù)措施[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2018，30（05）：543-551.