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

（1.中核檢修有限公司大連分公司，遼寧 瓦房店116319；2.遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 瓦房店116319）

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）。

表1 H302大修測(cè)厚數(shù)據(jù)

表2 H301大修測(cè)厚數(shù)據(jù)

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φ88.9×5.49m。

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。