某核電廠安全廠用水系統(tǒng)SEC泵出口管道腐蝕原因分析

苗學良 桂馨宇 張 維 邊春華 劉洪群

(1.中核核電運行管理有限公司二廠，浙江 嘉興 314300；2. 蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004)

某核電廠安全廠用水系統(tǒng)SEC泵出口管道腐蝕原因分析

苗學良1 桂馨宇1 張 維1 邊春華1 劉洪群2

(1.中核核電運行管理有限公司二廠，浙江 嘉興 314300；2. 蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004)

對國內(nèi)某核電機組安全廠用水系統(tǒng)SEC泵出口管道的腐蝕情況進行了分析，結(jié)果表明管道腐蝕機理主要為沖刷腐蝕，泵出口管道幾何形狀發(fā)生突變造成了湍流，從而加劇了沖刷腐蝕，并有針對性的提出了處理建議。

沖刷腐蝕 出口管道 泥沙

1 概述

1.1 安全常用水系統(tǒng)介紹

核電廠安全廠用水(SEC)系統(tǒng)的功能是把設備冷卻水系統(tǒng)(RRI)收集的熱負荷傳輸?shù)阶罱K熱井——海水。系統(tǒng)示意圖如圖1。

SEC系統(tǒng)從SEC泵進口管至SEC系統(tǒng)排出管均為10CrMoAL鋼管，屬RCCM3級，質(zhì)保等級2級。管道內(nèi)壁采用外加電流陰極保護＋涂層的防腐措施，設計壽命為40年[1]。

1.2 管道涂層脫落及穿孔泄露情況

某核電廠SEC泵在運行過程中發(fā)現(xiàn)泵出口變徑部位出現(xiàn)腐蝕穿孔，如圖2所示；在解體檢修中發(fā)現(xiàn)出口管道管口內(nèi)壁涂層有大面積脫落，基體腐蝕現(xiàn)象，如圖3所示。

圖1 安全廠用水系統(tǒng)功能示意圖

2 腐蝕原因分析

2.1 管道邊緣防腐不當

安全廠用系統(tǒng)管道內(nèi)壁涂刷環(huán)氧厚漿型防腐涂層，但是在現(xiàn)場檢查過程中發(fā)所有安全廠用水系統(tǒng)管道法蘭連接處的法蘭面均無防腐層，法蘭面與管道內(nèi)壁邊緣呈直角，由于表面張力，涂料有從銳利的邊緣向后拉的傾向，特別是在干燥和固化過程中發(fā)生的收縮階段；且邊緣涂層與管道易出現(xiàn)分層情況，如圖4所示。

圖2 泵出口變徑部位腐蝕穿孔

圖3 SEC泵出口管管口涂層脫落

圖4 安全廠用水系統(tǒng)管道法蘭面典型腐蝕情況

2.2 海水含沙量

該電廠所在海域海水平均含沙量在2.5KG/m3，最大含沙量為4.22KG/m3，管道內(nèi)最大流速為2.6m/ s[1]，由圖3可知，涂層脫落形貌有明顯的沖刷痕跡，一般管道密封面不涂裝涂層，這便使法蘭口處的涂層與管道內(nèi)壁留有縫隙。在水流沖擊下，沖蝕最早出現(xiàn)在這里，法蘭口內(nèi)壁涂層翹起在一定程度上也支持了這個結(jié)論。沖蝕發(fā)生后，由于海水與基體的電化學作用會在腐蝕產(chǎn)物表面產(chǎn)生一層腐蝕產(chǎn)物膜，產(chǎn)物膜會阻礙基體與腐蝕介質(zhì)間的電荷轉(zhuǎn)移，避免腐蝕的進一步發(fā)生，對材料基體起保護作用，但是由于海水中含沙量較高，SEC泵出口管道處流體經(jīng)泵加壓后流速升高，當管道內(nèi)壁受到含有較多沙粒的海水的持續(xù)沖擊會出現(xiàn)破損直至脫落，從而失去保護性，將基體材料暴露于含沙量較高的海水中，管道表面的不均勻性又提高了腐蝕速率，因此此處的腐蝕最為集中和嚴重。

2.3 管道結(jié)構(gòu)

Stack[2]等對在研究不同攻角對于金屬基體涂層材料的沖刷腐蝕影響時發(fā)現(xiàn)，材料的失重量會隨著攻角的變化而變化，其中在45°和90°時出現(xiàn)兩個失重極大值，從圖2、4可以看到，SEC泵出口彎管角度大概處于45°左右，而此處發(fā)生多起腐蝕，由于彎管處于水流變向處，腐蝕部位剛好處于水流沖刷最嚴重的地方，因此相較于其他地方腐蝕較為明顯。

Zhang等[3]的研究表明,不同位置下，流體流態(tài)與剪切力分布的不均勻性直接影響了材料沖刷腐蝕性能的差異性。在層流區(qū)，由于流速與剪切力作用較低，形成了致密腐蝕產(chǎn)物膜，保護基體材料；在過渡區(qū)，隨著流速與剪切力作用增大，出現(xiàn)腐蝕最嚴重現(xiàn)象，而在壁面噴射區(qū)，由于流速與剪切力降低，腐蝕速率逐漸降低。由圖2可知，管道泄露處為泵出口法蘭相連的變徑管焊縫處，因為該處管道幾何形狀發(fā)生突變造成了湍流，此處水流剛好處于過渡區(qū)，因此理論上此處腐蝕最為嚴重，從而加劇了沖刷腐蝕，也因此造成了穿孔泄露，如圖4所示，水流從泵殼經(jīng)過加壓后送出，流速變大，加上管道形狀發(fā)生突變在變徑處造成了湍流，湍流加速了腐蝕產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移，而且增加了流體與金屬之間的剪切應力，這種應力會將金屬腐蝕產(chǎn)物(包括保護膜)從基體上拉、撕開并沖走，同時流體中固相顆粒無規(guī)則的強烈沖擊著金屬表面，加劇了沖刷效果[4]，造成腐蝕穿孔。

2.4 陰極保護的作用

安全廠用水系統(tǒng)管道內(nèi)壁設置了外加電流式陰極保護系統(tǒng)，選用40V/30A可控硅恒電位儀，性能指標應符合GB*3220-84“船用恒電位儀技術條件”，ACR-01型鉑/鈮輔助陽極，CCR-01型網(wǎng)狀Ag/Agcl參比電極，性能指標應符合GB/T7387-87“船用參比電極技術條件”，電位設置在-0.80 —-1.05V(相對于Ag/Agcl參比電極)[5]。SEC泵出口管道失效的形式主要是泥沙的沖蝕腐蝕，外加電流陰極保護在這種情況下起不到什么作用。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

SEC泵出口管道腐蝕機理主要為沖刷腐蝕。SEC泵出口管道變徑處管道泄漏主要是由于穿孔部位處于湍流區(qū)，湍流加速了腐蝕產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移，從而使此處管道腐蝕速率增加，導致泄漏從此處發(fā)生。

3.2 建議

該電廠所在海域海水中泥沙量大，沖蝕較為嚴重，涂層會隨著運行年限的延長逐漸減薄，直至失效，而外加電流陰極保護措施只能針對電化學腐蝕起到保護作用，對沖蝕的防護效果則不是很好，所以有需定期對涂層進行檢查及修復。

[1] 安全廠用水系統(tǒng)手冊, 電站內(nèi)部資料.

[2] Stack M M’ Pungwiwat N. Erison-crosion mapping of Fe in aqueous Slurries:some views on on a new rationale for defing the erosion-crosion interaction[J]. Wear, 2001, 250(1-12): 802-808.

[3] Zhang G A,Cheng Y F. Electrochemical characterization and computational fluid dynamics simulation of flow-accelerated crosion of X65 steel in a CO2-saturated oilfild formation water [J]. Crosion Science, 2010, 52,(8): 2716-2714.

[4] 吳成興, 甘復興.金屬在兩相流體中的沖刷腐蝕[J]. 材料保護, 2000, 33(4):33-35.

[5] 陰極保護系統(tǒng)技術規(guī)格書, 電站內(nèi)部資料.

Erosion Analysis of Seawater Conduit for Nuclear Power Plant

MIAO Xue-liang1, GUI Xin-yu1, ZHANG Wei1, BIAN Chun-hua1, LIU Hong-qun2
(1. CNNC Nuclear Power Operations Management Co., LTD, Jiaxing 314300, China; 2. Suzhou Nuclear Power Research Institute,Suzhou 215004, China)

An analysis was conducted on corrosion failure of seawater conduit in a domestic nuclear power plant. It has been found that the mechanism of failure was erosion. the root cause of the failure was that the changed diameter of seawater conduit formed turbulent flow which caused erosion . The improvement measures were proposed according to the actual situation of the power station.

erosion; outlet conduit; silt

TG174

A

苗學良 (1981－) ，河南新鄭人，碩士，工程師，科員，研究方向：核電廠腐蝕與防護。