輕水堆核電廠二回路汽水管道主要包括主蒸汽管線、主給水管線、凝結水管線、疏水管線、抽汽管線、再熱蒸汽管線等。上述管線多采用碳鋼（如A106B鋼）或低合金鋼（如A335和P11低合金鋼）制造，管道內徑通常為25.4~800mm，壁厚通常為3.4~80mm?管線中存在彎頭、變徑、三通、節流孔板、閥門等結構形狀變化顯著且易發生湍流的部位。

管線材質、結構形狀、服役環境等因素的影響以及流動加速腐蝕（FAC）？液滴沖擊（LDI）？汽蝕（Cavitation erosion）等老化機理的長期作用易導致管線在上述敏感部位發生局部減薄。其中，FAC引起的局部減薄是汽水管道失效的主要原因。汽水管道內結構突變區域（如主蒸汽、抽汽、疏水管線上的三通、節流孔板后、彎頭、節流閥后等區域）易發生LDI。在單相介質管道內，由于結構突變導致流速突升的區域（如控制閥或流量調節閥處）易發生汽蝕現象。

01 流動加速腐蝕

流動加速腐蝕（FAC）早期也稱為沖刷腐蝕，是由于單相液流或汽/液雙相流在局部湍流部位加速了碳鋼或低合金鋼表面的保護性氧化膜溶解，造成碳鋼或低合金鋼局部腐蝕速率增大的現象。核電廠二回路汽水管道由于蒸汽品質、水化學條件、材料、流速及結構特點等原因，易發生FAC。

FAC形成局部減薄示意圖

1 位置特征

FAC多發生在汽水管道結構突變或易發生湍流部位，如彎頭、三通、大小頭、節流孔板后直管段及環焊縫鄰近區域等。

例如，1986年12月9日美國薩里核電站2號機組滿功率運行時，其給水泵入口管線的一個A234碳鋼制彎頭因FAC減薄導致破裂，附近正在進行其他管線保溫更換工作的8人受蒸汽灼傷，4死4傷。2004年8月9日，日本關西電力公司美濱3號機組給水回路中低壓加熱器與除氧器之間給水管道上一個孔板流量計下游的管段發生FAC減薄并破裂，造成11人傷亡，其中5人死亡、6人受傷。

此外，汽水管道環焊縫根部及其附近區域，由于湍流和Cr元素含量差異，也會發生FAC引起的局部減薄現象。

2 形貌特征

通常FAC肉眼難于鑒別，但適當放大后，在單相液流中，多為馬蹄坑、扇貝狀或橘子皮狀，汽液雙相流中多表現為明暗相間的條帶或斑紋狀。腐蝕區域及附近通常有氧化膜且高倍下無顯著機械形變。

3 機理特征

FAC是電化學腐蝕與流動加速溶質傳質起主要作用，有時可能會疊加機械力作用的一種過程。

4 合金元素的影響

通常，隨著Cr?Mo?Cu含量的增加，特別是Cr含量的增加，碳鋼、低合金鋼的FAC速率會顯著降低。

碳鋼、低合金鋼FAC速率也受流速、結構形狀、溫度、pH、水化學條件等因素影響，其主要應對措施是提高管道材料Cr含量、控制pH、對敏感區域定期或持續進行厚度測量。

需要注意，核電廠二回路汽水管道中，受介質品質和流速影響，存在沖蝕（包括LDI和汽蝕）和FAC共同作用導致的局部減薄。此時，可粗略根據主導作用是機械力還是化學腐蝕＋局部傳質來區分主導減薄機理。

02 液滴沖擊

液滴沖擊（LDI）也稱“液滴沖擊沖蝕”或“液滴沖擊腐蝕”。汽水管道易發生LDI的區域主要是被汽流中所攜帶的液滴間歇反復沖擊的區域（如彎頭的背彎區域和節流孔板后的特定區域），這些區域會在局部產生強大的脈沖力并引起沖蝕，如圖1所示。汽水管道內壁由于連續暴露在這種反復而離散的沖擊作用下，會使內壁氧化膜或母材被逐漸侵蝕而發生減薄。

LDI形成局部減薄示意圖

1 位置特征

LDI易發生在汽相為主的汽液兩相流汽水管線中，通常發生在介質流動方向有顯著變化的區域，如上圖中，水平向前的汽流中所攜帶的液滴直接沖擊彎頭的背彎區域。

2 形貌特征

通常LDI影響區域比FAC影響區域小，且多為一個局部的蝕坑，其形狀也受多種條件影響。宏觀可見蝕坑表面存有流線切割特點的沖蝕痕跡。高倍下可見顯著的機械形變。

上圖為某核電廠碳鋼集汽管受與之相連的排放管中兩相流的液滴沖擊作用，形成一個環形的局部減薄區域并導致高溫蒸汽泄漏，圖中亮色區域為管道母材。液滴沖擊區域存在松散四氧化三鐵銹層，這與液滴碰撞后產生的高速液滴對氧化膜的沖蝕作用有關。

筆者在2000年某次抽檢國內某核電廠汽輪機乏汽管道時，發現其彎頭內壁局部區域一個“鵝蛋”大小的局部減薄，壁厚從11.7mm減薄至4.5mm，而周圍的大面積母材無任何其他局部減薄。

1976年，Oconee核電廠3號機組汽輪機乏汽管線的局部減薄泄漏疑似也是由LDI作用導致的。

3 機理特征

汽水兩相流中的高速液滴對金屬表面間歇但反復碰撞以及碰撞后的沖擊、剪切等機械力主導的局部減薄，也可能伴隨氧化膜的破裂。

4 合金元素的影響

可忽略。碳鋼、低合金鋼、不銹鋼的汽水管道都有可能發生LDI。

核電廠汽水管道LDI主要受蒸汽品質、流速、流道形狀變化情況影響。因此，其主要應對措施是控制蒸汽品質、抑制流速、特定部位增加抗液滴沖擊結構、定期進行厚度測量等。

03 汽蝕

汽蝕又稱空蝕、穴蝕。汽水管道中的汽蝕主要是指高溫高壓水在高速流動和壓力變化條件下，即高速減壓區，形成氣泡或空穴，而后其隨高溫高壓水流動到壓力超過氣泡壓力的區域時，氣泡潰滅并沖擊與之接觸的金屬表面或其保護膜的過程。

1 位置特征

易發生在液相管道結構尺寸突變區域（如閥門及其下游或節流孔板下游）。此外，高速流動液相管道中氣泡較多時，流經環焊縫之后易形成固定氣穴的區域（特別是內部焊瘤較高時）或流經彎頭處在局部管壁發生大量氣泡潰滅的區域。

2 形貌特征

不同的汽蝕階段，宏觀損傷形貌會有一定差別，但高倍下都會發現顯著的機械變形。通常，汽蝕初期，金屬表面首先會形成許多細小麻點并變粗糙，繼而表面呈現溝槽狀、蜂窩狀、魚鱗狀、海綿狀等痕跡；嚴重時形成坑穴并可造成穿孔或破裂。

3 機理特征

氣泡或空穴形成、潰滅并沖擊管道局部內壁的氧化膜或金屬的非穩定損傷過程。

碳鋼、低合金鋼、不銹鋼的汽水管道都有可能發生汽蝕。核電廠二回路汽水管道汽蝕主要受液體特性、溫度、壓力、流速、流道形狀變化情況等影響。其主要應對措施是控制氣泡或空穴的數量，如增加排氣、噴淋等，減少閥門、節流孔板，控制焊縫成型質量，優化彎頭結構以便減緩液體壓力變化。所以，在設計階段超前主動優化結構防止氣穴產生，并在服役時保持適當的運行條件，是防止汽蝕最有效的方式。