核电站面临的腐蚀问题及对策(苏州院刘飞华)
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我国核电站面临的腐蚀问题及对策刘飞华1,任爱1,费克勋1,杨帆21 苏州热工研究院,2 大亚湾核电站运营有限责任公司摘要:本文从核电站设备和结构所处环境的角度综述了核电站面临的腐蚀问题,以及这些腐蚀问题对核电站安全运行造成的影响,并提出了宏观解决这些腐蚀问题的策略。
关键词:核电站腐蚀安全核电站由于其环境条件、运行工况的特殊行,对设备和结构的安全性和可靠性提出了更高的要求。
腐蚀作为材料失效的三大模式(断裂、磨损和腐蚀)之一,同样也是核电站设备和结构失效的主要模式。
从国内外核电站的运行经验和相关的报道来看,腐蚀不仅使与海水、酸碱盐等腐蚀性介质接触的常规设备的正常运行造成了严重的影响,同样也使核安全屏障相关部件,特别是那些在核电站整个寿期内不能更换的部件(反应堆压力容器和安全壳)的完整性遭受到破坏,使核安全受到了威胁。
美国Davis-Besse 事件以来,腐蚀对核电站的影响在世界范围内引起了更加高度的关注。
1.核电站面临的腐蚀问题及经验反馈大部分核电站都是利用工艺水来传递热量,利用海水作为核电站最终的冷却源,为了能满足工艺的要求,还需要利用很多化学物质来进行水处理,核电站面临各种各样的腐蚀环境。
下面将从核电站设备面临的各种不同腐蚀性环境来讨论核电站的腐蚀问题。
1.1 一回路高温高压硼酸水环境压水堆核电站(PWR—回路包含了核电站最重要的设备,有反应堆压力容器(RPV、蒸汽发生器、稳压器、堆内构件、一回路管道、主泵等。
这些设备的可靠性关系到整个核电站的安全和运行,例如包容燃料堆芯、维持一回路压力边界、冷却对芯、防止放射性物质泄漏。
现今PWF核电站的设计寿命一般为40 年,在这40 年的寿期中,反应堆压力容器和安全壳是不能更换的,如果它们损坏就意味着核电站的关闭;蒸汽发生器、主泵、稳压器、一回路管道虽然能够更换,但更换所需的时间长,维修费用大。
从过去的运行经验看,蒸汽发生器传热管的腐蚀破坏和一回路存在600合金的部件的一回路水应力腐蚀开裂(PWSCC是困扰核电站安全运行的首要问题。
核电厂海水管道法兰面缝隙腐蚀原因分析及解决措施摘要:重要厂用水系统(SEC)的功能是把由设备冷却水系统(RRI)收集的热负荷输送到最终热阱–海水。
用海水来冷却RRI系统的RRI/SEC板式热交换器。
某核电机组SEC系统管道材质为碳钢P265GH,内壁采用725-H45-ZF101重防腐涂料,干膜厚度800μm,外加电流阴极保护。
某机组在首次大修腐蚀检查中发现SEC系统部分管道法兰面发生了严重的腐蚀,本文针对该问题做了原因分析,并开展了针对性的维修。
关键词:核电厂海水管道;法兰面缝隙;腐蚀原因;解决措施1 管道腐蚀状态监测方法的基本概述物理监测法以及化学监测法是管道腐蚀状态监测作业中最常见的监测方法,前者主要通过对锈蚀位置的电阻、热传导以及电磁等参数进行测定来反映实际腐蚀状态,具体主要包括涡流法、射线法以及红外热像法。
虽说物理监测法已在实际作业中得到了相对广泛的应用,但结合实际工作现状分析还是化学监测法要更具优势。
值得注意的是,化学监测法不仅可以准确测定出管道及相关设备的腐蚀程度,而且能够准确展现出实际腐蚀过程的内在机理信息。
随着各类辅助技术的不断完善,电化学腐蚀状态监测技术已成为了金属无损监测中应用最为广泛的技术,也正在逐渐受到重视。
未来相信其应用范围将得到进一步拓展,但需要强调的是以“电位监测技术”为主的现场管道腐蚀监测方式可能在特定情况下无法反映出管道的实际腐蚀状态。
2基本概况重要厂用水系统(SEC)的功能是把由设备冷却水系统(RRI)收集的热负荷输送到最终热阱–海水。
用海水来冷却RRI系统的RRI/SEC板式热交换器。
某核电机组SEC系统管道材质为碳钢P265GH,内壁采用725-H45-ZF101重防腐涂料,干膜厚度800μ m,外加电流阴极保护。
某机组在首次大修腐蚀检查中发现SEC系统部分管道法兰面发生了严重的腐蚀,本文针对该问题做了原因分析,并开展了针对性的维修。
3涂层失效原因3.1缝隙腐蚀机理介绍缝隙腐蚀一般出现在狭窄的缝隙,其缝宽必须使浸蚀液能进入缝内,同时缝宽又必须窄到能使液体在缝内停滞,一般发生缝隙腐蚀最敏感的缝宽为0.025~0.1mm。
核电站化学水处理过程中的腐蚀与防护作者:李小亮来源:《现代企业文化·理论版》2015年第11期中图分类号:TK264.1 文献标识:A 文章编号:1674-1145(2015)06-000-02摘要核电站在日常的运行过程中,化学水的处理是一项非常重要的工作,而且处理过程难度较大,因为酸腐蚀、碱腐蚀和大气腐蚀等在处理过程中经常出现,同时独特的腐蚀特点还存在于核电站化学水处理过程当中,我们应将这些特点与各种腐蚀现象相结合开展研究,不断推进我国核电站化学水处理技术的进步。
在进行抗腐蚀材料研究的过程中要充分考虑到混凝土构建筑及金属与非金属等材料的特点,有效应用建筑材料才能够真正达到核电站抗化学水处理中的腐蚀。
关键词核电站化学水腐蚀防护前言:每个用户在用水的过程中都需要不同的水质,因此核电站的日常工作中要负责将化学处理工作应用到原水当中,使之产生不同的水质,来满足人们的需求。
经过化学处理过的原水,会通过不同的分配运输到各处用户之处。
过滤天然水、混凝沉降符合砂滤是处理水的基本过程,经过处理过后就能够产生不同质量的用水来供生产和生活使用。
交换阴阳离子就能够将生产用水转换成脱盐水,电站的每个部门都需要应用这种脱盐水。
因此加强核电站的化学水处理是非常重要的。
一、核电站化学水处理过程中出现腐蚀的种类(一)酸腐蚀次氯酸钠、盐酸以及FeCl3溶液是酸腐蚀的三种类型。
醋氯酸钠在三中腐蚀当中的腐蚀性是最强的,这是因为普通的酸腐蚀只是针对不锈钢和碳钢而言的,此时人们可以用橡胶和树脂等来代替不锈钢和碳钢,然而在面对次氯酸钠的时候,橡胶和树脂也是能够被轻易的腐蚀的;核电站在进行建造的过程中使用最多的建筑材料就是混凝土构筑物和不锈钢及碳钢等,然而这些建筑材料是极易被盐酸进行腐蚀的,因此在进行建筑的过程中为了避免盐酸的腐蚀,可以算用玻璃钢和橡胶作为建筑材料;由FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl可以看出盐酸和氢氧化铁会在水解FeCl3后生成,腐蚀设备的现象就是由于盐酸的生成而产生的,因此从腐蚀机理方面来讲FeCl3是大致相同的,然而腐蚀程度是由于溶液中的酸度浓度的差异而有所不同[1]。
大亚湾核电站核岛重要厂用水系统(SEC)典型的腐蚀事件及评价刘飞华1,晏卫国2(1.苏州热工研究院电站寿命管理研究中心,苏州215004;2.大亚湾核电运营管理有限责任公司生产部,深圳518124)摘 要:对大亚湾核电站核岛重要厂用水系统(SEC)在现有防腐蚀设计下出现过的典型腐蚀事件进行了回顾,并对这些防腐蚀设计进行了系统的评价,最后针对性地给出了改进建议。
关键词:核电站;核岛重要厂用水系统(S EC);腐蚀;设计评价中图分类号:TG172.5;TM623.8 文献标识码:B 文章编号:10052748X(2007)1220633204T YPICAL CO RROSION FAL IU R E AND ITS A SS ESSM EN T O F ESSEN TA IL SERV ICE WA T ER S YS TEM FO R NU CL EA R ISLA ND IN DA YA BA Y N PPL IU Fei2hua1,YAN Wei2guo2(1.Suzhou Nuclea r Power Resea rch Institute,Suzhou215004,China;2.Daya Bay Nuclear Power Ope rations&Mana gement compa ny,Limited,Shenzhen518124,China)A bstract:Ty pical cor rosion f ailur e eve nts of essential ser vice wate r syste m for nuclea r island in Daya Bay NPP arereviewed.And the cor ro sion p rotection de sign of tho se corrode d equip ment is asse ssed systematically.The imp rove ment measur es a re briefly introduced.K ey w or ds:Nuclea r powe r plant(N PP);Essentail se rvice water syste m;Cor ro sion;Design assessment1 SEC系统简介核岛重要厂用水系统(S EC)的主要功能是在正常和事故工况下,通过海水将核岛安全有关的构筑物、系统和部件的热量输送到核电站最终冷源———大海。
核电厂运行安全常见问题及防控措施的探讨【摘要】近年来,能源危机已成为阻碍人类发展的重要因素,为了解决这一问题,各国都在加快发展新能源,发展核能是解决能源危机的有效手段,但如果核能失控,将对人类社会构成严重威胁。
因此,核电站运行安全仍然是公众关注的焦点。
本文将针对核电站运行中的常见安全问题,提出相应的预防措施。
【关键词】核电厂;安全问题;防控措施前言在全球能源日益短缺的今天,核能正逐渐成为最常见和最新的能源之一,因为其高效率、低成本和低污染水平,在当今世界得到了广泛的应用。
然而,核能的开发和利用也存在一些风险。
如果发生泄漏,后果可能无法预测。
因此,找出核电站运行中常见的问题,加强防范措施,对社会、经济和生态发展具有重要意义。
1、核电厂运行安全概述1.1核电厂运行特征核电站系统是一个典型的复杂系统,具有规模大、设备体积大、内部关系复杂等特点。
核电站运行状态评估是一项艰巨的任务,只能根据监测信息进行审查和评估。
因此,需要从系统建设的角度对核电站运行的评估进行分析,以获得核电站运行的总体情况。
第二,严格的安全要求。
由于核电站利用核能发电,在生产过程中会释放出大量的放射性物质,因此,运行安全是运行管理的重要组成部分。
为了确保核电站的运行安全,核电站必须建立与自身管理体系相适应的体系,对其运行安全进行全面控制,以将放射性危害降至最低。
一般来说,与其他类型的发电厂相比,核安全是影响核电厂运行安全的主要因素。
1.2核电厂安全运行的必要性分析近年来,我国核电站发电量占总发电量的比例不断增加,因此,为了保证社会生产力和正常生活的稳定,必须保证其安全运行。
确保核电站运行安全的必要性主要包括两个方面:一是国内社会发展的需要。
现阶段,核能已发展成为一项较为成熟的高新技术,对人类文明的发展具有重要意义。
特别是在发电领域,核电具有能耗低、污染程度低、效率高等一系列优势,使得其发电在世界范围内得到迅速发展。
自20世纪中叶以来,世界上已有60多个国家和地区使用核电。
核电厂管道介质流动加速腐蚀分析与预防摘要:随着社会的进步和人类对清洁能源的认识不断提高,核电事业正在蓬勃发展,清洁能源带给我们人类的伟大意义无需多言。
但是核电厂金属材料的流动加速腐蚀(FAC)一直困扰机组,影响机组的安全运行,如何减少金属材料流动加速腐蚀显得尤为重要。
下文将对流动加速腐蚀的产生机理、电厂真实案例以及如何合理的管道设计、材料选择来预防FAC等方面进行介绍。
关键词:核电、流动加速腐蚀、产生机理、预防1.前言流动加速腐蚀现象是由于流体在一定温度及压力下流动,造成金属保护氧化膜加速溶解的现象。
由于其在核电厂发生的普遍性,电厂需要成立专业项目组进行额外的在役检查监测以及对腐蚀严重的管道弯头进行切割更换等带来一系列财产损失,使发电成本升高。
如若监测不力,更会发生管道腐蚀穿孔,管道漏气漏液,系统失压,机组跳机的重大安全隐患,严重威胁电厂的安全运行。
如何解决这一问题,预防流动加速腐蚀显得尤为关键。
2.正文部分2.1流动加速腐蚀产生机理流动加速腐蚀多数发生在电厂在役运行的管道、弯头内部,其中介质为特定温度及压力下流动的液体或湿蒸汽。
在介质的流动下管道、弯头内部表面的氧化膜逐渐溶解减薄,进而使金属基体逐渐暴露出来。
失去氧化膜的保护,金属腐蚀会更加迅速。
如没有被及时监测出来会直至管道穿孔。
从分子角度讲,在管道中介质流动过程中,管道内表面的铁开始溶解,并与水中的OH-结合生成Fe(OH)2。
在水中溶解氧充足时,Fe(OH)2氧化为紧密的氧化膜层Fe2O3。
随着氧的不断消耗,水中的氧不足以将Fe(OH)2完成氧化为Fe2O3,则转化为松动的磁性氧化膜Fe3O4。
在一定时间后则形成内部紧密的Fe2O3外部松动的Fe3O4。
由于边界层的存在,靠近氧化膜的流速低,远离边界层的流速较高,当介质中溶解的铁未饱和时,边界层中的溶解铁会向主流方向迁移,使边界层溶解铁减少,最终导致靠近边界层的氧化膜以一定速率溶解。
由于氧化膜内紧外松,金属基体产生的溶解铁可通过氧化膜扩散到边界层,造成溶解铁从基层向主流区迁移,而主流区高速流体不断将溶解铁带走,造成金属表面的持续腐蚀。
核电厂金属材料流动加速腐蚀核电站是一种大型的电力生产机构,它所采用的核能技术,以其高效、环保等优点成为了未来电力生产的主要来源。
然而,核电站设备的安全问题一直备受关注,特别是金属材料流动加速腐蚀问题。
本文将就该问题进行探讨。
核电站中存在大量的金属材料,比如说反应堆压力容器、管道、泵等,这些金属材料在核反应堆中长期的辐射、高温、高压等条件下容易发生流动加速腐蚀。
这种腐蚀是由于金属骨架上的化学性质发生了变化,使得金属材料的物理和化学性质发生了变化,导致了金属材料的损失,从而影响到设备的运行和安全。
二、流动加速腐蚀的危害金属材料流动加速腐蚀对核电站的运行和安全造成了极大的威胁。
具体来说,对核电站的泄漏、爆炸、渗漏等问题将会导致整个设备出现难以预料的倒塌事故,因此在核电站的建设和运行中不能忽视金属材料流动加速腐蚀的问题。
为了防止金属材料流动加速腐蚀,可以采取下列的措施:1. 采用高强度材料。
高强度钢材、合金材料等都能够克服流动加速腐蚀,提高设备的安全性。
2. 选择合适的工艺。
选择合适的工艺不仅能够降低流速,从而减轻金属材料的损失,还可以减少金属材料的损坏。
3. 进行定期维护。
定期维护可以检查设备状况,及时发现和处理问题,以保证设备的正常运行和安全性。
4. 精确的测量与监测。
通过精确的测量与监测金属材料的状态,及时发现问题以及及时采取措施以解决问题,具体包括对金属材料进行长期的、精确的预测、控制、调节。
综上所述,金属材料流动加速腐蚀对核电站的运行和安全造成了很大的威胁,因此在核电站的建设和运行中必须要对流动加速腐蚀进行足够的注意和管理。
要实现这一点,需要各方协作,采取多种措施进行防范和处理,并定期进行检查和维护。
只有这样,我们才能够确保核电站的安全运行,为人类的未来做出贡献。
浅谈核电厂化学水处理过程中的腐蚀与防护建议摘要:核电厂在化学层面上对原水进行处理,然后将处理过的水资源提供给不同的电站用户。
在进行水处理的过程中需要进行天然水过滤、混凝沉降、化学除盐等步骤,然后得出符合电厂用户使用要求的水资源。
一般用于生产的水,则是需要经过阴阳离子交互转换的步骤,然后再形成除盐水,最终进行分配。
核电站在进行运行的过程中,都会使用化学试剂来处理生产用水,然后得到相应的化学水,并且在核电站一二回热传递中起到基本介质的作用,但是在进行化学水生产的过程中也会产生一些废水,所以就要采取相应的防腐设施,从而避免化学废水腐蚀核电厂的相关设备。
关键词:化学水处理;腐蚀;防护一、材料耐腐蚀性简介(一)金属材料的耐腐蚀性介绍分析碱和水泥当中会存在着一定的硅酸钙,如果这两种材料中的硅酸钙相互作用发生反应,那么就会产生一种氢氧化钙,这种氢氧化钙本身的粘度比较低,并且还会同含碱的硅酸钠出现一定的融合现象,也会同氯酸钙发生一定的化学反应,进而生成氢氧化钙以及氯酸钠。
当混凝土被碱所侵蚀之后,那么就会导致一些化学产物出现,同时还会危害到混凝土的强度,导致混凝土的强度下降,不能够符合相关的施工标准,如果相应的化学产物本身具有着粘结强度比较低、体积大的特点,那么就会导致混凝土出现鼓胀的现象,并且还容易引发一些开裂或者是与内部钢筋分离的现象。
一般在盐酸介质环境中或者是次氯酸介质的环境中不要使用碳钢以及低合金钢这些类型的材料,一般青铜或者是硅铁可以在常温的盐酸环境下使用。
一般在大气层中金属会出现一层锈层,这种锈层会使金属的腐蚀速率降低,但是对于普通的碳钢材料来说,这种锈层的作用不大,不会产生比较明显的影响,在大气环境下,不锈钢材料本身具有比较良好的耐腐蚀性,但是如果是CrL3类型的不锈钢材料,如果长时间在大气环境中,也会出现一些腐蚀的现象,并且主要是以点腐蚀的形式表现出来。
大气环境下的金属锌材料具有相对稳定的特点,这主要是由于金属锌材料的表面具有一层水分子盐基型碳酸锌腐蚀产物,所以如果能够在碳钢表面喷涂金属锌的话,就能够使碳钢的抗腐蚀性得到提升,在进行喷涂的过程中,相关人员还应该要检查好喷涂目标表面的粗糙程度,只有粗糙程度能够满足相关的要求才能进行喷涂。
我国核电站面临的腐蚀问题及对策刘飞华1,任爱1,费克勋1,杨帆21 苏州热工研究院,2 大亚湾核电站运营有限责任公司摘要:本文从核电站设备和结构所处环境的角度综述了核电站面临的腐蚀问题,以及这些腐蚀问题对核电站安全运行造成的影响,并提出了宏观解决这些腐蚀问题的策略。
关键词:核电站腐蚀安全核电站由于其环境条件、运行工况的特殊行,对设备和结构的安全性和可靠性提出了更高的要求。
腐蚀作为材料失效的三大模式(断裂、磨损和腐蚀)之一,同样也是核电站设备和结构失效的主要模式。
从国内外核电站的运行经验和相关的报道来看,腐蚀不仅使与海水、酸碱盐等腐蚀性介质接触的常规设备的正常运行造成了严重的影响,同样也使核安全屏障相关部件,特别是那些在核电站整个寿期内不能更换的部件(反应堆压力容器和安全壳)的完整性遭受到破坏,使核安全受到了威胁。
美国Davis-Besse事件以来,腐蚀对核电站的影响在世界范围内引起了更加高度的关注。
1.核电站面临的腐蚀问题及经验反馈大部分核电站都是利用工艺水来传递热量,利用海水作为核电站最终的冷却源,为了能满足工艺的要求,还需要利用很多化学物质来进行水处理,核电站面临各种各样的腐蚀环境。
下面将从核电站设备面临的各种不同腐蚀性环境来讨论核电站的腐蚀问题。
1.1 一回路高温高压硼酸水环境压水堆核电站(PWR)一回路包含了核电站最重要的设备,有反应堆压力容器(RPV)、蒸汽发生器、稳压器、堆内构件、一回路管道、主泵等。
这些设备的可靠性关系到整个核电站的安全和运行,例如包容燃料堆芯、维持一回路压力边界、冷却对芯、防止放射性物质泄漏。
现今PWR核电站的设计寿命一般为40年,在这40年的寿期中,反应堆压力容器和安全壳是不能更换的,如果它们损坏就意味着核电站的关闭;蒸汽发生器、主泵、稳压器、一回路管道虽然能够更换,但更换所需的时间长,维修费用大。
从过去的运行经验看,蒸汽发生器传热管的腐蚀破坏和一回路存在600合金的部件的一回路水应力腐蚀开裂(PWSCC)是困扰核电站安全运行的首要问题。
当然其它部件的硼酸腐蚀、辐照引起的应力腐蚀开裂(IASCC)、晶间腐蚀、耗蚀等腐蚀问题也值得关注。
涉及的材料主要有:600合金、690合金、181/82合金、300系列不锈钢、低合金钢和碳钢。
主要的经验反馈:▪全世界范围内采用600合金作传热管的蒸汽发生器由于一回路侧、二回路侧的应力腐蚀开裂问题,大部分不得不整体更换蒸汽发生器。
由于蒸汽发生器更换所需要的工期长,维修代价非常大;▪1991年法国Burry-3核电站十年安全评审对一回路进行水压试验时发现控制棒驱动机构(CRDM)贯穿件有应力腐蚀开裂,并且有泄漏。
这是最早发现CRDM贯穿件存在应力腐蚀开裂,此后,许多国家都加强了对该部位的检查,法国发现类似的事件最多,这可能也是法国电力公司(EDF)决定更换其所有600合金的反应堆压力容器顶盖的原因;▪2002年美国Davis Besse核电站发现反应堆压力容器顶盖3#管嘴附近的大盖本体金属被硼酸腐蚀了一个大洞,这部分压力边界仅剩下1cm厚的不锈钢内衬层,并且在内衬层上也发现了裂纹,腐蚀后的形貌见图1;▪美国STP-1反应堆压力容器反应堆压力容器底部仪表管贯穿件出现硼酸泄漏,见图2,由于此部位在整个寿期内都不能更换,在维修时留下一间隙使硼酸溶液直接与压力容器的基体接触,存在很大的风险。
大亚湾核电站此部位的材料也是600合金,同样存在风险;(a) (b)图2 Davis-Besse核电站RPV顶盖背硼酸腐蚀(a)顶盖腐蚀后的截面图,(b)顶盖腐蚀后洞照片▪ 美国V C Summer 核电站一回路主管道开裂导致大量硼酸泄漏的事件,主要是异种金属焊接的PWSCC ,材料是低合金钢/镍基合金焊缝金属/不锈钢的组合;▪日本Tsuruga-2稳压器上部仪表管贯穿件应力腐蚀开裂; ▪国内某核电站的反应堆压力容器顶盖仪表贯穿件泄漏; ▪ 国内核电站的蒸汽发生器也有堵管。
1.2 二回路高温汽水环境二回路高温汽水环境下主要发生管道的流体加速腐蚀(FAC )和汽轮机的冲蚀(Erosion),它们都属于冲蚀-腐蚀(Erosion-Corrosion)。
FAC 不仅可以发生在双相流中,也可以发生在单相流中,这主要取决于下列因素的综合:管道材料的化学成分(主要是铬含量)、管道的几何形状、流体的流速和流体的水化学。
就压水堆核电站而言,容易遭受FAC 的系统如图3所示,主要是二回路一些疏水系统。
主要的经验反馈有:▪1986年法国Surry-2核电站一弯头遭受FAC 而破裂,导致4人死亡; ▪ 国内某核电站的汽水分离再热系统、高压加热系统和给水除氧系统的抽汽疏水管线多次发生腐蚀穿孔;46#贯穿件 1#贯穿件 图2 美国STP-1 RPV 底部仪表管贯穿件处发现了硼结晶单相流双相流图3 核电站常规岛中容易遭受FAC的系统,图中为红色和紫色所示的区域▪国内某核电站的除氧器多次发现裂纹、腐蚀孔等腐蚀现象;▪国内某核电站的高压缸、低压缸叶片发生过冲蚀;▪国内某核电站汽水分离再热器由于腐蚀导致泄漏;▪2004年日本美滨核电厂发生管道腐蚀破裂导致蒸汽泄漏的事故也属于这一类腐蚀,图4是管道破裂后的形貌。
图4 日本美滨核电站管道发生FAC的部位和管道内表面的形貌1.3 海水环境由于海水是高腐蚀性介质,有可能发生的腐蚀模式有均匀腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳,这主要是由于海水中高含量的氯离子对大多数腐蚀模式都有促进作用。
涉及到的系统有:海水预过滤系统、循环水系统、阴极保护系统、海水处理系统、核岛设备最终冷却系统和常规岛最终冷却系统。
需要关注的设备有:金属管道、泵、换热器、阀门、过滤器、容器等等。
国内主要经验反馈:▪凝汽器水室多次发生严重腐蚀;▪凝汽器进水管和出水管发生过海水腐蚀穿孔;▪碎石过滤器的腐蚀;▪核岛设备最终冷却系统管道腐蚀导致不满足设计要求;▪核岛设备最终冷却系统水泵腐蚀严重导致频繁检修;▪旋转滤网驱动轴轴承严重腐蚀;▪凝汽器管板、钛管多次腐蚀穿孔;▪由于海水腐蚀问题导致大量阀门更换;▪海水处理系统管道、弯头、阀门腐蚀严重;▪海水换热器及其连接管线发生过严重腐蚀。
1.4 其它腐蚀性环境在核电站还有其它的腐蚀性环境,例如水处理过程中用到的酸、碱和盐大部分是强腐蚀性介质,例如盐酸、次氯酸、三氯化铁溶液、氢氧化钠等等,这些物质的储存、分配对应系统的腐蚀风险也相对大,充分考虑这些风险并采取合适的预防措施是非常必要的,其中设备部件材料选用正确与否是其中一个非常重要的因素。
另外,在除盐除氧水环境下,由于材料、结构的原因带来的电化学腐蚀问题同样值得关注。
而且,除盐除氧水系统中如果使用了含铜、含铅等元素的材料,这些元素会在系统中溶解并有可能在换热器或蒸汽发生器中沉积,并有可能导致应力腐蚀开裂。
除盐除氧水系统中由于一些意外的材料因素(例如涂料)也可能导致系统中其它有害杂质离子的升高也值得关注。
到目前为止,我国核电站都是沿海布局,沿海海洋性大气中由于含有较多的海盐粒子,对核电站户外设备的腐蚀影响较大。
我国某核电站就曾经发生过换料水箱的地脚螺栓由于户外布置而发生了严重的腐蚀导致不能满足设备抗地震的设计要求,而且该设备是核安全重点设备。
2. 腐蚀对核电站安全运行的影响腐蚀给核电站安全运行带来的危害可以从三个方面来考:首先是腐蚀使核电站一回路、二回路或其它设备的完整性遭到破坏,其次是腐蚀产物在回路的发热部位沉积,还有是腐蚀产物受放射线辐照而活化,变成放射性核素。
2.1 腐蚀使一回路、二回路或设备完整性遭到破坏在现代核电站中,一般都有三道核安全屏障,它们是核燃料包壳、一回路压力边界和安全壳,但是腐蚀对它们的完整性都能产生影响,其中腐蚀能使第一、第二道屏障直接破坏,对安全壳钢内衬也有影响。
如燃料元件包壳锆合金的应力腐蚀开裂和高温水腐蚀能使它破损,它的破损会使裂变产物泄漏到一回路,增加一回路冷却剂的放射性;一回路压力边界镍基合金、不锈钢和低合金钢的一回路水应力腐蚀开裂(PWSCC)、硼酸腐蚀、辐照应力腐蚀开裂等等都能使其完整性遭到破坏,致使一回路放射性水泄漏,而蒸汽发生器传热管的破裂则使带放射性的冷却水漏入二回路,污染二次侧水,并有可能最终带入环境。
除了核安全屏障外,其它设备的腐蚀损坏同样对核电站的安全运行造成影响,特别是公众形象。
例如二回路高能设备的腐蚀,象汽轮机的冲蚀,二回路管道的流体加速腐蚀(FAC),这些设备如果腐蚀程度很深的话往往会造成设备的严重损坏或人员伤亡。
最近日本美滨核电站二回路给水管线的破裂大量蒸汽外喷导致5人死亡,十几人受伤的事件,就是由于二回路管道的流体加速腐蚀造成的。
该事件虽然与核安全无关,但是对核电站在公众中的形象还是造成了很大的损害。
另外,冷凝器传热管因腐蚀穿孔泄漏,循环冷却水进入二回路,使二回路水质严重超标,不但影响二回路设备腐蚀速率增加,更重要的是蒸汽发生器的杂质积累变得更加严重。
除了上面讨论的这些设备外,其它设备如与海水接触的循环冷却水系统、大型的储存灌等压力容器、酸碱盐设备等的腐蚀都给核电站的安全运行带来影响。
2.2 腐蚀产物带来的不良影响腐蚀产物带来的不良影响主要有两种:一种影响是水中腐蚀产物将沉积在回路的发热部位,如一回路燃料元件棒表面、二回路蒸汽发生器二次侧传热管束表面,会导致热传导不良,积垢部位过热而损坏,而这些部位则是核电站中非常敏感的设备。
另外一种影响是一回路腐蚀产物因受放射性辐照而活化,变成放射性核素,粘附在设备的内表面非常难以清除,最常见的是钴元素。
这给这些设备的维修带来很大的麻烦,大大增加维修人员吸收的剂量。
3. 核电站腐蚀问题的对策核电站的腐蚀问题随着电站运行年限的增长,会暴露得越来越多,问题也会越来越突出。
为了消除或减缓这些潜在的风险,有的电厂已经考虑到了材料的替代方案,例如用690合金替代600合金,用52/152合金替代82/182合金做焊缝填充金属,用更加耐腐蚀的材料在海水环境中使用等等。
但是这些措施仍然不能全面解决核电站的腐蚀问题。
要防止这些腐蚀问题对核电站安全运行造成挑战的关键办法是实施核电站全寿期的腐蚀管理大纲。
同其它大型的工程一样,核电站的防腐管理也是一个系统的工程,防腐管理要从核电站设计阶段就开始,然后是建造施工、安装调试以及运行维护进行全面综合考虑和管理。
首先,在防腐设计和选材方面更应该强调合理性,要更加强调安全性并适当增加冗余,并严格控制施工质量。
在经济上我们要考虑整个寿期的综合效益,绝不能单纯的强调一次性投入的多寡。
实践证明,我们常常要为一个错误的设计付出高昂的代价。
例如,国内某核电站汽机厂房钢结构防火涂料国产化时设计不合理而引起的开裂可能使其防火功能丧失,同时造成上千万元的损失;又例如某核电站除盐水储罐涂料国产化设计的失误造成运行后系统中硫酸根严重超标,直接导致大量的除盐水浪费,直接经济损失至少在千万元以上。