核電站碳鋼管道壁厚減薄原因

　　文/  馬娜，王理·反應堆燃料及材料國家級重點實驗室，秦金光·江蘇核電有限公司

　　本文以某核電站大修時發(fā)現(xiàn)壁厚減薄超標而更換下來的管道件為研究對象，通過成分分析、微觀形貌分析和氧化膜分析等手段，結合管道的運行工況環(huán)境分析，最終明確了這些管道的壁厚減薄模式分別為沖刷腐蝕、流動加速腐蝕和汽蝕，并提出針對性改進措施建議。
 

　　核電站二回路的主蒸氣管道、主給水管線、凝結水管線、疏水管線、部分抽氣管線等用材主要是碳鋼。近年來，許多核電站出現(xiàn)了二回路碳鋼管道壁厚減薄現(xiàn)象，并由此引發(fā)了不少安全事故。1986年發(fā)生在美國Surry核電站中的冷凝水管道彎頭破裂事故，以及2004年發(fā)生在日本Mihama核電站中的給水管道破裂事故，均造成了人員傷亡。研究表明，這些管道發(fā)生破裂都是管道出現(xiàn)嚴重的壁厚減薄導致的。

　　某核電站在大修的超聲檢查中發(fā)現(xiàn)，二回路中部分小規(guī)格（管徑小于50mm）的彎管、彎頭和孔板出現(xiàn)了破口或壁厚減薄現(xiàn)象。針對此情況，在被更換下的壁厚減薄管道中選取了一些典型管段進行分析，并根據(jù)分析結果給出應對措施建議。由于管道樣品較多，本文僅給出具有代表性的兩個彎管和一個孔板管道樣品的分析過程。

　　樣品選取

　　本文選取了三個樣品進行分析：1號為疏水系統(tǒng)中的彎管，2號為給水系統(tǒng)中的彎管，3號為疏水系統(tǒng)中的孔板。比較1號、2號彎管，研究流速對于壁厚減薄的影響；比較1號彎管、3號孔板，研究管內(nèi)流體狀態(tài)對壁厚減薄的影響。三個管道樣品材料均為20G優(yōu)質(zhì)碳鋼，其樣品尺寸信息和服役工況如表1所示。
 

　　1號彎管位于該核電站2號機組主蒸汽系統(tǒng)的高壓疏水管線系統(tǒng)中，高壓疏水器前，控制閥后。主蒸汽系統(tǒng)壓力遠高于疏水系統(tǒng)的壓力，故高壓管線疏水系統(tǒng)中流速較高。從該核電站系統(tǒng)流程圖冊中可以發(fā)現(xiàn)，在1號機組的相同位置設置有節(jié)流孔板，相應彎管并未發(fā)生壁厚減薄現(xiàn)象。而1號彎管所在的2號機組相應位置并未設置節(jié)流孔板，彎管發(fā)生明顯壁厚減薄。

　　2號彎管位于給水系統(tǒng)的低壓加熱器和高壓加熱器之間，除氧器之后，屬于給水泵出口逆止閥的旁路管道，彎管下游為一個旁路閥。一般情況下，旁路閥是閉合的，當給水泵單向閥出現(xiàn)故障或進行檢修時才打開旁路閥，給水通過旁路閥進入高壓加熱器。特殊情況下，流體可以經(jīng)該旁路進入除氧器，對除氧器進行清洗。由上述分析可知：2號彎管內(nèi)為經(jīng)過除氧的給水，水質(zhì)較好，且水溫較高；彎管內(nèi)長期有給水存在，可以傳質(zhì)，但是由于旁路閥不常打開，故傳質(zhì)速度較慢。

　　3號節(jié)流孔板位于1號機組的高壓管線疏水線上，控制閥后，疏水器前，與1號彎管位置類似。孔板前后焊縫間長度為75mm，孔徑為10mm，孔長22mm，兩側為120度梯形過渡，核電站二回路蒸汽管道中的凝結水經(jīng)疏水管線匯入高壓疏水器內(nèi)，由于主蒸汽系統(tǒng)壓力遠高于疏水系統(tǒng)的壓力，故管中流速較高。

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