某核電廠發(fā)電機(jī)定子水冷卻器盲板縫隙腐蝕原因分析及解決措施

趙衛(wèi)東 吳昉赟 鄧彥禮 劉洪群 江 鋒

（1.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州215004）

0 引言

某核電廠發(fā)電機(jī)定子水冷卻器是發(fā)電機(jī)組中重要的冷卻系統(tǒng)之一，其主要作用是將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱量散發(fā)到外部環(huán)境中，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。然而，近年來(lái)，在電廠常規(guī)大修期間，對(duì)發(fā)電機(jī)定子水冷卻器腐蝕檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備與手孔連接的盲板上，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的腐蝕情況，極大程度上影響了設(shè)備的安全運(yùn)行和服役壽命[1]。因此，本文對(duì)該設(shè)備出現(xiàn)的腐蝕問(wèn)題進(jìn)行了深入的原因分析，并針對(duì)其腐蝕出現(xiàn)的根本原因，提出了能夠有效解決該腐蝕問(wèn)題的實(shí)施措施。

1 原因分析

1.1 盲板腐蝕形貌分析

該核電廠發(fā)電機(jī)定子水冷卻器的盲板為304不銹鋼材質(zhì)，盲板未做防腐層。根據(jù)腐蝕檢查人員的腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)定子水冷卻器盲板密封面邊緣處存在不同程度的腐蝕，經(jīng)過(guò)儀器測(cè)量，腐蝕深度已經(jīng)達(dá)到了2.1mm，相對(duì)腐蝕較為嚴(yán)重的地方，腐蝕減薄厚度已經(jīng)接近3mm，不僅如此，在實(shí)際腐蝕檢查中，還發(fā)現(xiàn)盲板內(nèi)表面存在大約4×（1～2）mm2面積的腐蝕缺肉現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)腐蝕特征如圖1～圖3所示。根據(jù)盲板的腐蝕形貌圖可知，該盲板的腐蝕形式為縫隙腐蝕。

圖1 盲板腐蝕形貌圖

圖2 盲板腐蝕減薄厚度測(cè)量圖

1.2 不銹鋼盲板縫隙腐蝕機(jī)理

不銹鋼縫隙腐蝕的機(jī)理主要是由于縫隙處的氯離子、硫酸根離子等有害離子的聚集，加上局部缺氧，縫隙處出現(xiàn)了不穩(wěn)定區(qū)域，從而形成了微偏差電池，使縫隙處出現(xiàn)了極化區(qū)域。在極化區(qū)域下，各種離子和氣體分子交替聚集、催化，鋼表面膜層處在一種高度危險(xiǎn)的態(tài)勢(shì)下。在不銹鋼縫隙腐蝕發(fā)生初期，陽(yáng)極區(qū)出現(xiàn)氧化過(guò)程，陰極區(qū)出現(xiàn)還原過(guò)程。當(dāng)縫隙內(nèi)溶液中的溶解氧完全消耗掉而得不到補(bǔ)充時(shí)，縫隙內(nèi)的不銹鋼鈍化膜就開(kāi)始發(fā)生還原性溶解，導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物金屬鹽逐漸濃縮，使得縫隙內(nèi)的pH值發(fā)生下降，在氯離子等有害離子和低pH值共同作用，金屬表面活化，大陰極小陽(yáng)極形成，加速了縫隙腐蝕，腐蝕進(jìn)入發(fā)展階段，當(dāng)pH值下降到一定值時(shí)，縫隙內(nèi)不銹鋼的鈍化膜就會(huì)發(fā)生大面積的還原性破壞，從而產(chǎn)生縫隙腐蝕。腐蝕產(chǎn)物會(huì)不斷滯留并升級(jí)發(fā)展，最終導(dǎo)致不銹鋼盲板減薄、穿孔和失效。

1.3 盲板耐蝕性能分析

不銹鋼盲板在海水環(huán)境下的耐蝕性能與不銹鋼的化學(xué)成分之間存在著密不可分的關(guān)系。應(yīng)用相關(guān)研究提出的不銹鋼耐蝕性能與化學(xué)成分間的計(jì)算關(guān)系式，將計(jì)算公式的結(jié)果作為評(píng)估不銹鋼耐腐蝕性能的值，該評(píng)估值被稱為耐蝕當(dāng)量（PREN，Pitting Resistance Equivalent Number）[2]，耐蝕當(dāng)量是評(píng)估不銹鋼耐腐蝕能力的重要指標(biāo)之一，不銹鋼的耐蝕當(dāng)量是由其化學(xué)成分中所含的鉻、鉬和氮含量計(jì)算出來(lái)的。腐蝕當(dāng)量的大小說(shuō)明了材料對(duì)于腐蝕介質(zhì)的耐受能力，其計(jì)算公式為：

Pitting EQ=[%Cr]+3.3×[%Mo]+ 16×[%N]

其中Cr、Mo和N分別表示化學(xué)成分中的鉻、鉬和氮的百分比含量。

根據(jù)304不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分[3]進(jìn)行計(jì)算，盲板的最大耐蝕當(dāng)量為21.6。雖然在某些環(huán)境下具有一定的耐腐蝕性能，但在海水環(huán)境下PRE值過(guò)低。黃桂松等[4]對(duì)不銹鋼在海水環(huán)境下的腐蝕行為的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PRE小于25時(shí)不銹鋼極易發(fā)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。PRE大于40的不銹鋼有好的耐海水腐蝕性。一般來(lái)說(shuō)，PRE值越高，不銹鋼在腐蝕環(huán)境下的耐蝕性能就越好，可以在更惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期保持良好的耐蝕性能。因此，盲板雖然具有一定的耐蝕性能，但是在海水這種相對(duì)較高的腐蝕環(huán)境下，依舊會(huì)腐蝕損壞。如果盲板長(zhǎng)期處于海水環(huán)境中服役，就會(huì)出現(xiàn)局部蝕坑、缺口等缺陷。

2 解決措施及建議

盲板表面防腐蝕處理：為了進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)定子水冷卻器不銹鋼盲板的耐腐蝕性能，可以選擇使用高質(zhì)量的耐腐蝕涂料進(jìn)行涂裝處理，或者在不銹鋼盲板表面添加適合的襯墊層，以達(dá)到更好的防腐蝕效果。這樣能夠有效延長(zhǎng)不銹鋼盲板的使用壽命，減少維修和更換的頻率，提高整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性和安全性。如圖4所示，在以往的案例中，盲板做了防腐層狀態(tài)良好。或者考慮成本因素，選擇成本相對(duì)較低的碳鋼材料加襯膠層的方式避免腐蝕發(fā)生。

圖4 采用橡膠防腐襯里的盲板

3 結(jié)語(yǔ)

核電廠發(fā)電機(jī)定子水冷卻器盲板的腐蝕原因?yàn)檫x材不當(dāng)，304不銹鋼在海水環(huán)境會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕。應(yīng)選擇耐蝕當(dāng)量較高的不銹鋼，提高盲板的耐腐蝕性，或者在盲板表面添加防腐蝕措施，如襯塑、襯膠等，才能有效的減少縫隙腐蝕，延長(zhǎng)盲板使用壽命和保護(hù)設(shè)施設(shè)備的安全運(yùn)行。