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現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，許多核電站出現了二回路碳鋼管道壁厚減薄現象，并由此引發了不少安全事故。1986年發生在美國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，這些管道發生破裂都是管道出現嚴重的壁厚減薄導致的。

　　某核電站在大修的超聲檢查中發現，二回路中部分小規格（管徑小于50mm）的彎管、彎頭和孔板出現了破口或壁厚減薄現象。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號為疏水系統中的彎管，2號為給水系統中的彎管，3號為疏水系統中的孔板。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，研究管內流體狀態對壁厚減薄的影響。三個管道樣品材料均為20G優質碳鋼，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號機組主蒸汽系統的高壓疏水管線系統中，高壓疏水器前，控制閥后。主蒸汽系統壓力遠高于疏水系統的壓力，故高壓管線疏水系統中流速較高。從該核電站系統流程圖冊中可以發現，在1號機組的相同位置設置有節流孔板，相應彎管并未發生壁厚減薄現象。而1號彎管所在的2號機組相應位置并未設置節流孔板，彎管發生明顯壁厚減薄。

　　2號彎管位于給水系統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號彎管內為經過除氧的給水，水質較好，且水溫較高；彎管內長期有給水存在，可以傳質，但是由于旁路閥不常打開，故傳質速度較慢。

　　3號節流孔板位于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疏水管線匯入高壓疏水器內，由于主蒸汽系統壓力遠高于疏水系統的壓力，故管中流速較高。

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