Page 64 - 理化检验-物理分册2021年第十一期
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张志明, 等: 某核电站高温取样冷却器传热管开裂原因
1.6 硬度测试
对传热管顶部开裂处和底部未开裂处进行维
氏硬度测试, 试验力为0.1N , 结果如表2 所示, 可
见两处硬度值差异不大。开裂与未开裂段传热管
硬度均大于 200HV0.1 , 超过 GB13296 — 2013 要
求的200HV0.1上限值, 硬度偏高。
表2 开裂传热管维氏硬度
Tab 2 Vickershardnessofcrackedheattransfer p i p eHV0.1
测试位置 1 2 3 4 5 6 7 8
顶部开裂处 234 208 232 216 218 214 211 211
底部未开裂处 222 212 209 209 200 208 205 222
2 分析与讨论
换热器管侧( REN 侧) 介质为排污水, 换热器壳
图5 去除腐蚀产物后开裂传热管裂纹纵截面处的SEM 形貌 作为缓蚀剂, H 为
侧介质为除盐水, 以 Na 3 PO 4 p
Fi g 5 SEM mor p holo gy oflon g itudinalsectionatcrack p osition 11.5~12.5 。换热器管侧进口介质温度 290 ℃ , 管
ofcrackedheattransfertubeafterremovin g corrosion p roducts 侧的高温流体介质从换热器底部进入, 通过一段直
a atlowma g nification b athi g hma g nification
管直达换热器顶部, 随后通过蛇形传热管到达底部
出口, 期间高温介质逐渐冷却。因直管传热面积有
限, 且管内为层流状态, 换热系数低, 加上传热管外
套管的存在也极大地影响了传热, 因此顶部传热管
内介质温度可认为接近进口温度( 290℃ )。孙永亮
等 [ 1 ] 认为顶部传热管的管壁温度高于换热器壳侧的
汽化温度, 会导致蛇形管外壁局部过热产生微区水
沸腾汽化, 磷酸盐不断被运送、 残留和聚集在顶部管
的介质中, 最终在管壁外表面以固相形式析出。同
时, 磷酸盐富集并与基体、 水中钙离子等发生反应生
(
成难 溶 性 腐 蚀 产 物, 如 碱 式 磷 酸 钙 [ Ca 5 OH )
)] 等在传热管外表面沉积, 使得传热效率降
( PO 4 3
低, 局部过热, 极限情况下, 水沸腾汽化产生的汽泡
聚结扩展成连续的蒸汽流, 形成膜态沸腾, 使得磷酸
盐隐藏加剧。磷酸盐隐藏是磷酸盐水工况机组中普
遍存在的一种现象, 其形成是物理作用( 吸收或沉
积)、 化学作用及磷酸钠盐自身特性共同作用的结
图6 传热管裂纹附近的显微组织和夹杂物形貌 果 [ 3-5 ] 。
Fi g 6 a Microstructureandb inclusionmor p holo gy 失效传热管表面腐蚀产物 EDS分析结果表明,
nearcrackofheattransfertube
腐蚀沉积产物除了铁和氧元素外还含有大量钙和磷
型的奥氏体+孪晶组织, 晶粒度为4~5级, 无晶粒 元素, 考虑水环境中有磷酸三钠作为缓蚀剂, 不锈钢
粗大等异常, 根据 GB / T10561 — 2005 《 钢中非金属 在碱性条件下的点蚀被抑制, 同时在腐蚀产物中未
夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法》 的技术 发现卤族元素的存在, 因此卤素离子诱发点蚀导致
要求对夹杂物进行评定, 结果为 D1 级。晶粒度及 开裂的可能性很小。综合换热器运行工况和腐蚀沉
夹杂物评级均符合 GB13296 — 2013对00Cr19Ni10 积产物成分, 可以判断传热管顶部外表面发生了磷
钢的技术要求。 酸盐隐藏, 磷酸盐在局部浓缩、 富集, 并与传热管表
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