某核電廠發電機定子水冷卻器盲板縫隙腐蝕原因分析及解決措施

趙衛東 吳昉赟 鄧彥禮 劉洪群 江 鋒

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

0 引言

某核電廠發電機定子水冷卻器是發電機組中重要的冷卻系統之一，其主要作用是將發電機產生的熱量散發到外部環境中，以保證設備的正常運行。然而，近年來，在電廠常規大修期間，對發電機定子水冷卻器腐蝕檢查時發現，該設備與手孔連接的盲板上，出現了較為嚴重的腐蝕情況，極大程度上影響了設備的安全運行和服役壽命[1]。因此，本文對該設備出現的腐蝕問題進行了深入的原因分析，并針對其腐蝕出現的根本原因，提出了能夠有效解決該腐蝕問題的實施措施。

1 原因分析

1.1 盲板腐蝕形貌分析

該核電廠發電機定子水冷卻器的盲板為304不銹鋼材質，盲板未做防腐層。根據腐蝕檢查人員的腐蝕檢查發現，發電機定子水冷卻器盲板密封面邊緣處存在不同程度的腐蝕，經過儀器測量，腐蝕深度已經達到了2.1mm，相對腐蝕較為嚴重的地方，腐蝕減薄厚度已經接近3mm，不僅如此，在實際腐蝕檢查中，還發現盲板內表面存在大約4×（1～2）mm2面積的腐蝕缺肉現象。現場腐蝕特征如圖1～圖3所示。根據盲板的腐蝕形貌圖可知，該盲板的腐蝕形式為縫隙腐蝕。

圖1 盲板腐蝕形貌圖

圖2 盲板腐蝕減薄厚度測量圖

1.2 不銹鋼盲板縫隙腐蝕機理

不銹鋼縫隙腐蝕的機理主要是由于縫隙處的氯離子、硫酸根離子等有害離子的聚集，加上局部缺氧，縫隙處出現了不穩定區域，從而形成了微偏差電池，使縫隙處出現了極化區域。在極化區域下，各種離子和氣體分子交替聚集、催化，鋼表面膜層處在一種高度危險的態勢下。在不銹鋼縫隙腐蝕發生初期，陽極區出現氧化過程，陰極區出現還原過程。當縫隙內溶液中的溶解氧完全消耗掉而得不到補充時，縫隙內的不銹鋼鈍化膜就開始發生還原性溶解，導致腐蝕產物金屬鹽逐漸濃縮，使得縫隙內的pH值發生下降，在氯離子等有害離子和低pH值共同作用，金屬表面活化，大陰極小陽極形成，加速了縫隙腐蝕，腐蝕進入發展階段，當pH值下降到一定值時，縫隙內不銹鋼的鈍化膜就會發生大面積的還原性破壞，從而產生縫隙腐蝕。腐蝕產物會不斷滯留并升級發展，最終導致不銹鋼盲板減薄、穿孔和失效。

1.3 盲板耐蝕性能分析

不銹鋼盲板在海水環境下的耐蝕性能與不銹鋼的化學成分之間存在著密不可分的關系。應用相關研究提出的不銹鋼耐蝕性能與化學成分間的計算關系式，將計算公式的結果作為評估不銹鋼耐腐蝕性能的值，該評估值被稱為耐蝕當量（PREN，Pitting Resistance Equivalent Number）[2]，耐蝕當量是評估不銹鋼耐腐蝕能力的重要指標之一，不銹鋼的耐蝕當量是由其化學成分中所含的鉻、鉬和氮含量計算出來的。腐蝕當量的大小說明了材料對于腐蝕介質的耐受能力，其計算公式為：

Pitting EQ=[%Cr]+3.3×[%Mo]+ 16×[%N]

其中Cr、Mo和N分別表示化學成分中的鉻、鉬和氮的百分比含量。

根據304不銹鋼的標準化學成分[3]進行計算，盲板的最大耐蝕當量為21.6。雖然在某些環境下具有一定的耐腐蝕性能，但在海水環境下PRE值過低。黃桂松等[4]對不銹鋼在海水環境下的腐蝕行為的研究中發現，當PRE小于25時不銹鋼極易發生點蝕和縫隙腐蝕。PRE大于40的不銹鋼有好的耐海水腐蝕性。一般來說，PRE值越高，不銹鋼在腐蝕環境下的耐蝕性能就越好，可以在更惡劣的環境中長期保持良好的耐蝕性能。因此，盲板雖然具有一定的耐蝕性能，但是在海水這種相對較高的腐蝕環境下，依舊會腐蝕損壞。如果盲板長期處于海水環境中服役，就會出現局部蝕坑、缺口等缺陷。

2 解決措施及建議

盲板表面防腐蝕處理：為了進一步提高發電機定子水冷卻器不銹鋼盲板的耐腐蝕性能，可以選擇使用高質量的耐腐蝕涂料進行涂裝處理，或者在不銹鋼盲板表面添加適合的襯墊層，以達到更好的防腐蝕效果。這樣能夠有效延長不銹鋼盲板的使用壽命，減少維修和更換的頻率，提高整個系統工作的可靠性和安全性。如圖4所示，在以往的案例中，盲板做了防腐層狀態良好。或者考慮成本因素，選擇成本相對較低的碳鋼材料加襯膠層的方式避免腐蝕發生。

圖4 采用橡膠防腐襯里的盲板

3 結語

核電廠發電機定子水冷卻器盲板的腐蝕原因為選材不當，304不銹鋼在海水環境會發生縫隙腐蝕。應選擇耐蝕當量較高的不銹鋼，提高盲板的耐腐蝕性，或者在盲板表面添加防腐蝕措施，如襯塑、襯膠等，才能有效的減少縫隙腐蝕，延長盲板使用壽命和保護設施設備的安全運行。