Page 78 - 理化检验-物理分册2023年第八期
P. 78
高 超, 等: 核电厂疏水器壁厚减薄原因
的直管区域容易产生冲刷效应。由图7可知: 由于 氧化物, 最容易形成的氧化物就是 Fe 3O 4 , 经分析管
连续弯折的存在, 两个弯头部位( 红圈处) 流速相对 道内表面黑色氧化物主要成分为 Fe 3O 4 , 与 FAC 产
较快, 流体冲刷作用明显, 长期累积后会在该位置产 物一致。结合减薄量大区域的宏观及微观形貌可
生明显的壁厚减薄现象, 该现象与疏水器实际减薄 知, 减薄量大区域主要发生 FAC 减薄。根据 FAC
过程相符。 机理, 流速越大, 湍流越强烈, FAC 速率越大。结合
CFD 模拟结果可知, 流道出口附近部位湍流非常剧
2 综合分析
烈, 提高了氧的扩散速率, 流体边界层内氧元素浓度
2.1 疏水器材料分析 梯度较大, 使得铁元素的氧化反应得到加速, FAC
疏水器基体显微组织为铁素体+珠光体, 内表 速率增加, 使得该部位出现减薄, 长期运行甚至可致
面存在明显的全脱碳层及半脱碳层, 脱碳层深度约 其穿孔。
为300 μ m~400 μ m 。脱碳层的存在导致阀体内表 表2 FAC发生条件和实际工况对比
面材料硬度偏低, 抗冲刷能力较差, 阀体材料耐腐蚀 项目 FAC发生条件 实际工况 是否一致
性差; 材料化学成分满足标准要求, 但 Cr元素含量 碳钢或低合金钢( Cr 碳钢, 20碳钢( Cr元素
材料 是
非常低, Cr元素含量越高对流体加速腐蚀的抑制作 元素质量分数小于1% )质量分数为0.06% )
温度 / ℃ 100~300 234 是
用越强, Cr元素含量越低, 材料越容易发生流体加
p H 弱碱性( 8.8~10.0 ) 9.7 是
速腐蚀, 而实际材料 Cr元素质量分数仅为0.06% , 氧元素质量 -4 -6
小于10 5×10 是
分数 / %
该材料为流体加速腐蚀敏感材料。
形貌 黑色, 马蹄状或橘皮状 黑色, 局部马蹄状 是
2.2 疏水器减薄原因分析
疏水器内壁承载的是高温、 高压饱和水和蒸汽 3 结论
的汽液两相流, 疏水器内浮球将液态水和水蒸气分
( 1 )疏水器发生减薄穿孔失效的直接原因是高
离, 然后分别排走, 出现减薄的部位在液态水的排出
流速介质的冲刷减薄及流体加速腐蚀减薄。
口附近。根据流体模拟分析结果可知, 在出口连接
( 2 )阀体内表面脱碳导致材料硬度偏低, 抗冲
管位置, 流速相对较高, 流体冲刷作用明显。脱碳层
刷能力较差, 阀体材料的耐腐蚀性变差, 间接加速了
的存在加速了阀体的冲刷减薄进程。脱碳层为凹凸
阀体的冲刷减薄。
状, 呈现明显的尖角及冲刷状形貌, 局部存在明显氧
( 3 )阀体内部介质流场的变化是由阀体结构引
化皮, 表明疏水器内壁主要发生流体冲刷减薄。
起的, 流速不均导致了阀体局部壁厚减薄。
疏水器内部介质由氨水和联胺进行碱化处理,
呈弱碱性, 含氧量较低。根据材料化学成分分析结 参考文献:
果可知, 疏水器材料中 Cr元素质量分数非常低, 仅
[ 1 ] 束国刚, 薛飞, 遆文新, 等. 核电厂管道的流体加速腐
为0.06% , 为 FAC敏感材料。针对减薄量大区域,
蚀及其老化管理[ J ] . 腐蚀与防护, 2006 , 27 ( 2 ): 72-
从腐蚀形貌来看, 疏水器内部流道内表面整体附着
76.
一层黑色氧化物, 减薄部位呈马蹄坑状形貌, 横截面 [ 2 ] 钟志民, 郑会, 李杰. 核电厂二回路汽水管道局部减薄
较为平滑, 无明显的硬化痕迹。结合 SEM 分析可 管理的挑战和应对[ J ] . 腐蚀与防护, 2020 , 41 ( 9 ): 39-
知, 表面附着有极少量氧化物颗粒, 且存在氧化膜溶 44.
解现象, 为典型 FAC 形貌。对比 FAC 发生条件和 [ 3 ] 申罡. 核电厂二回路冷却系统的冲蚀管理[ J ] . 腐蚀与
实际工况( 见表2 ) 可知, 实际条件和 FAC 发生条件 防护, 2018 , 39 ( 7 ): 535-538.
'
保持一致。 FAC 的敏感温度为 100~300 ℃ , 而实 [ 4 ] NESIC S.Usin g com p utationalfluid d y namicsin
ˇ
际温度为234℃ , 具备发生 FAC 的温度条件; 疏水 combatin gerosion-corrosion [ J ] .ChemicalEn g ineer-
器内部呈弱碱性, 溶液中含有一定量的 OH , 有利 in gScience , 2006 , 61 ( 12 ): 4086-4097.
-
的形成, 符合 FAC 发生条件; 内部介质氧 [ 5 ] 张玉波, 骆红云, 钟群鹏. 国内外失效评定曲线( FAC )
于 Fe 3O 4
元素含量很低, 同时含有一定量的联胺, 使得介质处 的发展以及现状[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2005 , 41
( 增刊1 ): 50-54.
于还原性较强的环境中, 该条件下很难形成高价铁
6 2
