核電廠金屬材料流動加速腐蝕

冷王威，楊鵬飛，張海坤，杜文忠

（1.中核檢修有限公司大連分公司，遼寧 瓦房店116319；2.遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 瓦房店116319）

1 引言

流動加速腐蝕現象是由于流體在一定溫度及壓力下流動，造成金屬保護氧化膜加速溶解的現象。由于其在核電廠發生的普遍性，電廠需要成立專業項目組進行額外的在役檢查監測以及對腐蝕嚴重的管道彎頭進行切割更換等，帶來一系列財產損失，使發電成本升高[1]。如若監測不力，更會發生管道腐蝕穿孔、管道漏氣漏液、系統失壓、機組跳機的重大安全隱患，嚴重威脅電廠的安全運行。如何解決這一問題，預防流動加速腐蝕顯得尤為關鍵。

2 流動加速腐蝕產生機理

流動加速腐蝕多數發生在電廠在役運行的管道、彎頭內部，其中介質為特定溫度及壓力下流動的液體或濕蒸汽。在介質的流動下，管道、彎頭內部表面的氧化膜逐漸溶解減薄，進而使金屬基體逐漸暴露出來[2]。失去氧化膜的保護，金屬腐蝕會更加迅速。如沒有被及時監測出來會直至管道穿孔。

3 電廠真實案例

3.1 背景介紹

根據大亞灣經驗反饋，CET 系統管線彎頭有異常減薄穿孔，導致出現汽輪機軸封漏氣的情況。CET 系統為汽輪機提供軸封供氣，若漏氣嚴重不進行有效處理，將會使高中壓缸失去真空，進而汽輪機甩負荷，機組跳機。且經驗反饋穿孔的CET管線彎頭位于高中壓缸正下方，高度約離地13m?，F場該處管線復雜，若日常期間發生漏氣，只能從0m 搭置大量腳手架至13m 處處理缺陷。大量的腳手架搭置的前期準備可能對現場搶修造成很大的時間沖擊，嚴重時可能使搶修人員未來得及到達該處進行帶壓堵漏，汽輪機就已經失去真空。

為防止機組日常運行期間發生管線彎頭減薄穿孔，也為弄清管線彎頭減薄的根本原因，紅沿河已從H299 大修開始，持續跟蹤在運的4 臺機組的現場CET 彎頭減厚情況，每輪大修對CET 系統7 條碳鋼管線彎頭進行超聲波測厚，對測厚結果壁厚過小不滿足運行規范的彎頭進行更換處理。

3.2 事件描述

對比紅沿河自H299 以來的9 次大修測厚數據，7 根材質為20G 的碳鋼管線彎頭腐蝕最嚴重，各部位均見不同程度的減薄。減薄尤其嚴重的為CET150TY 管線上的彎頭。1號機組運行時間最久，H103 在役檢查測厚發現1CET150TY 彎頭最小壁厚位于彎頭外弧線，于H103 已降至2.4mm（標準壁厚5.49mm）。

表1 H302大修測厚數據

表2 H301大修測厚數據

CET150TY 管線設計壓力0.5MPa，設計溫度186℃，運行壓力0.3094，運行溫度134.6℃，管道彎頭尺寸φ88.9×5.49m。

紅沿河靜機聯合系統設備處、技術處、中廣核運行有限公司大修中心成立專項組，會議討論壁厚低于標準壁厚87.5%即為異常。根據常規島熱力管道彎頭最小壁厚計算公式：tmin≥t+Kt損+Δ；其中tmin為最小測量壁厚，t 為計算壁厚，K 為安全系數，t損為1個檢查周期范圍內最大壁厚損失量，Δ 為測量不確定度。

測厚彎頭最小壁厚2.5mm 已不滿足運行要求，如再不進行更換，可能在下一輪大修停機之前，日常機組運行時就會腐蝕穿孔。之后項目組立即組織人力對彎頭進行切割更換，切割下來的彎頭背弧沖刷減薄嚴重，后續將切割彎頭送檢蘇熱院。最終確認該彎頭背弧過快腐蝕滿足流動加速腐蝕（FAC）。

3.3 大修測厚數據對比

3CET150TY 彎頭兩輪大修數據對比如表1、表2所示。

由表1可知，實測最薄點位于E9 點附近，為3.37mm，小于5.49×0.875=4.80mm。

由表2可知，實測最薄點位于E7 點附近，為3.95mm，小于5.49×0.875=4.80mm。

對比兩次測厚數據，最大減薄速率約2.0mm/年，位于D7點。

3.4 采取的糾正措施

大量數據顯示，選用Cr 含量較大的材料對流動加速腐蝕有很明顯的改善。市場大量使用的含Cr 材料有如下幾種：WB36CN1、（0.15Cr）、20+Cr（0.15Cr）、1Cr0.5Mo（12Cr1MoV）、2Cr0.5Mo（12Cr2MoV）、奧氏體不銹鋼（18-8 類）。

經聯合項目組討論，最終決定選用12Cr1MoV 材質的彎頭進行臨時替代，經焊接工程師評價管道材質20G 與彎頭材質12Cr1MoV 可以焊接，后續提DER 進行持續跟蹤。彎頭回焊前先進行測厚數據留底，下一輪大修對相同彎頭再次進行測厚，兩次數據進行對比以確定新選用材質是否滿足要求。

4 結論

綜上所述，采用合理的措施預防FAC 的發生是大勢所趨，其具體實施過程也是困難重重。從短期角度講，根據運行經驗和在役檢查持續監測更換那些明顯磨損的部件，特別是局部腐蝕的部件，如控制閥和孔板下游部位。