2005-5-23与AECL的技术交流会――核电站面临的腐蚀问题

与AECL的腐蚀技术交流SNPI/ECA2005年5月23日——我国核电站面临的腐蚀问题2主要内容核电站面临的腐蚀环境海水环境二回路高温汽水环境酸碱盐环境除盐除氧水环境一回路硼酸水环境海洋大气环境国内外的主要经验反馈以下内容主要以大亚湾核电站的设计为基础4海水环境中国在运行的、在建造的和近期拟建的核电站都分布在沿海，都是利用海水来作核电站的最终冷却介质。海水是高腐蚀性介质，有可能发生的腐蚀模式有均匀腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳，这主要是由于海水中高含量的氯离子对大多数腐蚀模式都有促进作用。涉及到的系统有：CFI、CRF、CPA、SEC,SEN，此外部分设备与海水接触的有：CTE、CEX、RRI、SRI、CVI。5海水环境主要经验反馈大亚湾凝汽器水室多次发生严重腐蚀；大亚湾和岭澳海水预过滤系统海生物腐蚀严重；大亚湾凝汽器进水管和出水管发生过海水腐蚀穿孔；岭澳碎石过滤器的腐蚀；大亚湾SEC管道腐蚀导致不满足ＲＣＣＭ要求；大亚湾ＳＥＣ泵腐蚀严重导致频繁检修；岭澳旋转滤网驱动轴轴承严重腐蚀；大亚湾凝汽器管板、钛管多次腐蚀穿孔；大亚湾由于腐蚀问题更换所有与1/2CFI468VD同类型的阀门；大亚湾ＣＴＥ系统管道、弯头、阀门腐蚀严重；大亚湾SRI、RRI海水换热器及其连接管线发生过严重腐蚀；大亚湾和岭澳核电站SEC、SEN疏水管线和阀门腐蚀严重；秦山海水泵多次严重冲刷腐蚀。6海水环境刚从海水入口提起来的A列粗隔栅上挂满了“美味”海鲜7海水腐蚀大亚湾水室腐蚀情况8二回路高温汽水环境二回路高温汽水环境下主要发生管道的流体加速腐蚀（FAC）和汽轮机的冲蚀(Erosion)，它们都属于磨蚀－腐蚀(Erosion-Corrosion)。去年日本Mihama-3电厂发生管道腐蚀穿孔导致蒸汽泄漏的事故也属于这一类腐蚀。ＦＡＣ不仅可以发生在双相流中，也可以发生在单相流中，这主要取决于下列因素的综合：管道材料的化学成分（主要是铬含量）、管道的几何形状、流体的流速和流体的水化学。大亚湾和岭澳核电站容易遭受ＦＡＣ的系统是ABP、ACO、ADG、AHP、APP、APU、ARE、GPV、GSS、STR共10个系统。另外APG和ASG也值得关注。9二回路高温汽水环境主要经验反馈大亚湾GSS、AHP、ADG等抽汽疏水管线多次发生腐蚀穿孔；大亚湾除氧器多次发现裂纹、腐蚀孔等腐蚀现象；大亚湾高压缸、低压缸叶片发生过冲蚀；大亚湾汽水分离再热器由于腐蚀导致泄漏；10二回路高温汽水环境国外FAC的经验反馈时间地点电厂类型部件FAC破坏部位描述1978OysterCreek620MWeBWR管给水泵出口处给水管1982.11NavajoFossilΦ10in弯头182℃；流速8m/s；；氨&碳酰联氨水处理;锅炉给水泵的下游给水管1986.12.9Surryunit2822MWePWRΦ18in弯头190℃；5.5m/s；氨&联氨水处理；给水泵的上游凝结水管；4人死亡1987Trojan1095MWePWR多种给水系统1989.4Arkansasnuclearone858MWePWRΦ14in管汽轮机出口下游2nd高压抽汽管1990.12Millstoneunit31142MWePWRΦ6in管193℃；5.5m/s；氨&联氨水处理；0%质量；汽水分离器疏水管1991.11Millstoneunit2863MWePWRΦ8in弯头239℃；2.3m/s；氨&联氨水处理；0%质量；再热器疏水箱疏水管1993.3.1Sequoyahunit21148MWePWRΦ10in管高压抽汽管1995.2.12PleasantPrairieFossilΦ12in管Double-endedpipe，给水，阀站的下游管系&省煤器和锅炉的上游管系1997.4.21FortCalhoun478MWePWRΦ12in弯管211℃；47.2m/s；抽汽管11二回路高温汽水环境SINGLEPHASEWATERTWOPHASEWATERZONESCONCERNED压水堆核电站FAC敏感的区域12二回路高温汽水环境FAC导致管道爆管后的形貌13二回路高温汽水环境Sectionobservation100mmSOURCE:EDF-LaboratoryGroupSurfaceobservation1mmFAC的形貌14二回路高温汽水环境InnersurfacenearcrackFracturesurfaceobservationbySEMFish-scalelikepatternisobservedatalloverinnersurfaceofthefractureopening,anddimple,whichiscausedbyductilefracture,isobservedatthefracturesurface日本美滨核电站15酸碱盐环境核电站由于工艺水质要求比较高，这就涉及到大量的水处理。水处理过程中不可避免的要适用大量的化学物质，这些化学物质大都具有强烈的腐蚀性。这些化学物质储存、分配对应的系统的腐蚀风险也相对很大，充分考虑这些风险并采取合适的预防措施是非常必要的，其中设备部件材料选用正确与否是其中一个非常重要的因素。涉及到的系统有：SDA、SIR、ATE、等等。涉及的设备有：储罐、管道及其附属部件、阀门、泵、等等。16酸碱盐环境主要经验反馈大亚湾1ATE801CW上许多铜部件被氨溶液腐蚀；大亚湾ＡＴＥ系统多次出现管道、阀门腐蚀泄漏；ＳＤＡ系统管道、储罐、阀门、泵多次出现严重的腐蚀；17酸碱盐环境酸碱盐环境的腐蚀形貌18除盐除氧水环境大亚湾和岭澳的除盐除氧水经ＳＤＡ系统生产后，由ＳＥＤ和ＳＥＲ系统分配给个用户使用。如果其它有害杂质离子含量很低的话，除盐除氧水本身的腐蚀性并不强，一般只会发生均匀腐蚀。但是它本身也是一种强电解质，具备发生电化学腐蚀的条件，由于材料、结构带来的电化学腐蚀问题同样值得关注。另外，除盐除盐水体统中如果使用了含铜、含铅等元素的材料，这些元素会在系统中溶解并有可能在换热器或蒸汽发生器中沉积，并有可能导致应力腐蚀开裂。除盐除氧水系统中由于一些意外的材料因素也可能导致系统中其它有害杂质离子的升高。同样这些问题也值得关注。还有冷冻系统设备外表面由于附着有凝结水而发生碳酸溶液腐蚀也是一类非常重要的腐蚀现象。除盐除氧水环境涉及到的系统有：SDA、SED、SER、SEP、二回路给水系统、DEG、DEL、RRI、SRI、ASG、等等。19除盐除氧水环境主要经验反馈岭澳ＳＥＲ水罐涂层选用不合适导致系统中硫酸根离子超标；大亚湾ＳＥＲ水罐地脚螺栓腐蚀不得不更换地脚螺栓；大亚湾ＳＥＰ管线多次腐蚀穿孔；ＤＥＧ、ＤＥＬ冷冻系统的设备外表面腐蚀严重；20一回路硼酸水环境PWR一回路包含了核电站最重要的的设备，它们有反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、堆内构件、一回路管道、主泵等。这些设备的可靠性关系到整个核电站的安全和运行，例如包容燃料堆芯、维持一回路压力边界、冷却对芯、防止放射性物质泄漏。现今PWR核电站的设计寿命一般为40年，在这40年的寿期中，反应堆压力容器和安全壳是不能更换的，如果它们损坏就意味着核电站的关闭；蒸汽发生器、主泵、稳压器、一回路管道虽然能够更换，但更换所需的时间长，维修费用大。从过去的运行经验看，腐蚀是影响这些设备完整性和寿期最重要的因素之一。特别是美国的Davis－Besse核电站事件以来，人们对核电站一回路的腐蚀问题更加关注。涉及到的系统有：ＲＣＰ、RIS、RCV、RRA、RRI、REA、PTR、EAS、RPE等等。涉及到的设备有：压力容器、管道、蒸汽发生器、稳压器、水泵、阀门及其它设备。设计到的材料有：600合金、690合金、181/82合金、300系列不锈钢、低合金钢和碳钢。主要的腐蚀模式有一回路应力腐蚀开裂、硼酸腐蚀、辐照引起的盈利腐蚀开裂、死管段现象、等等。21一回路硼酸水环境主要经验反馈法国Burry-3最早发现了CRDM的泄漏，并在1990s年代决定更换所有有600合金CRDM贯穿件的反应堆压力容器顶盖；美国DavisBesse核电站反应堆压力容器顶盖被硼酸腐蚀出一个大洞的事件；美国STP-1反应堆压力容器反应堆压力容器底部仪表管贯穿件出现硼酸泄漏，此部位在整个寿期内都不能更换，大亚湾核电站此部位的材料同样是600合金，同样存在风险；美国VCSummer核电站一回路主管道开裂导致大量硼酸泄漏的事件，主要是异种金属焊接的PWSCC，材料是低合金钢/镍基合金焊缝金属/不锈钢的组合；22一回路硼酸水环境接上页日本Tsuruga-2稳压器上部仪表管贯穿件应力腐蚀开裂；岭澳核电站反应堆压力容器顶盖P10贯穿件泄漏；大亚湾和岭澳核电站蒸汽发生器都有堵管；大亚湾PTR换料水箱地脚螺栓严重腐蚀不符合SSE要求；大亚湾PTR换料水箱外壁腐蚀严重；大亚湾REA001/002BA地脚螺栓腐蚀；大亚湾RRI冷却水管多次腐蚀；23一回路硼酸水环境美国美国V.C.Summer核电站一回路管道应力腐蚀开裂2000年10月，第12次大修开始的时候，安全壳厂房的地面上发现大约90公斤的硼结晶；A热管段管咀处发现有一条轴向穿透管壁的裂纹连同一条小的轴向裂纹。24一回路硼酸水环境美国DavisBesse核电站反应堆压力容器顶盖硼酸腐蚀事件时间：2002年2月3号管座的顺坡侧被硼酸腐蚀了一个大空洞。减薄区顶盖最小剩余厚度只有1cm。（而内表面不锈钢堆焊层的厚度1cm。）25一回路硼酸水环境美国SouthTexasProjectUnit1在RPV底部仪表管贯穿件处发现了硼结晶时间：2003年4月；RPV底部的温度：294℃；1#和46#贯穿件上发现了硼结晶；26一回路硼酸水环境日本Tsuruga2稳压器仪表管咀发现硼结晶时间：2003年9月27PWR一回路存在600/82/182合金的部位一回路硼酸水环境28海洋大气环境大亚湾和岭澳核电站位于南海之滨，大气中的氯离子含量较高，对设备的腐蚀风险较大。中广核工程公司在这方面做了很多工作：在水上派出所旁边和岭澳核电站设置了采样点，并对数据进行了统计分析，结论是大气和雨水中含有较多的海盐离子，并偏酸性。这样的环境对户外设备具有较大的腐蚀性。涉及到系统有：BOP户外系统、电气户外系统。涉及到的设备有：储罐、管道、电气设备、阀门等等。29海洋大气环境主要的经验反馈大亚湾腐蚀导致0GEW318GS气室SF6气体泄漏；大亚湾备用厂用变压器9GEV001TS腐蚀穿孔导致漏变压器油；大亚湾备用主变高压套管防护罩腐蚀穿孔；大亚湾LGR系统露天设备腐蚀严重；露天设备地脚螺栓腐蚀严重，特别PTR换料水箱地脚螺栓腐蚀严重导致强度不满足抗地震设计要求。30核电站腐蚀问题的对策腐蚀问题是核电站安全运行面临的主要问题之一，而且考虑到相关合金在核电站的应用情况和运行历史，这些腐蚀问题将继续存在下去。为了消除或减缓这些潜在的风险，有的电厂已经考虑到了材料的替代方案，例如用690合金替代600合金，用52/152合金替代82/182合金做焊缝填充金属，用更加耐腐蚀的材料使用在海水环境中，等等。然而，防止这些腐蚀问题对核电站安全运行造成挑战的关键办法是要实施核电站全寿期的腐蚀管理大纲，包括有效检测和监测手段，以识别和消除这些腐蚀问题。31核电站腐蚀问题的对策核电站全寿期腐蚀管理核电站的防腐蚀管理应该从核电站的设计阶段就开始了。——腐蚀设计设备或结构在制造或建造时应保证施工质量，满足设计要求。——腐蚀施工核电站运行和维护应满足技术规范要求，应及时发现和评估腐蚀的破坏。——腐蚀检测和评估32核电站腐蚀问题的对策苏州热工研究院针对我国核电站设备特点、运行工况、运行环境及国内外经验反馈，系统地开展相关技术研究，设置专门研究所，配置专业的技术力量和先进的软硬件，为我国核电站安全运行