點腐蝕防護在核電站蒸汽發生器傳熱管中的探討

蔡長磊（山東核電有限公司，山東　海陽　265166）

點腐蝕防護在核電站蒸汽發生器傳熱管中的探討

蔡長磊
（山東核電有限公司，山東海陽265166）

摘要:蒸汽發生器傳熱管中出現的微小穿孔被稱為點腐蝕。點腐蝕的產生原因是局部腐蝕電池的形成。由于點腐蝕的出現不但會造成由于穿孔而導致的降質，還會引發由于局部腐蝕先導而導致的核電站強迫停堆事故，因此對于核電站蒸汽發生器傳熱管點腐蝕的保護顯得十分重要。本文對點腐蝕的發生原因和預防措施進行分析論述，以期為核電站蒸汽發生器產熱管的優化提供參考。

關鍵詞:蒸汽發生器；點腐蝕；核電站

0　前言

腐蝕點是一種嚴重的降質機理，一旦管壁材料出現少量損失，就會造成管壁穿孔，局部腐蝕常常是由于點腐蝕所造成的。當出現疲勞降質時，隨著交變應力的作用，會造成疲勞裂紋的擴展由此而引發管壁破裂。而點腐蝕的發生也會導致核電站被迫停堆。本文中，筆者對點腐蝕的發生原因和預防措施進行分析論述，以期為核電站蒸汽發生器產熱管的優化提供參考。

1　蒸汽發生器傳熱管的點腐蝕

1.1點腐蝕的發生機理

一般情況下，處于腐蝕環境中的材料容易受到環境的影響而發生均無腐蝕，但除了均勻腐蝕外，金屬也常會因局部腐蝕而遭受點腐蝕的侵害。該類腐蝕的發生多出現于金屬氧化膜的破損部位。點腐蝕一旦出現，就會引發由于自維持或者自催化而導致的腐蝕坑的自激或者擴張，管壁由此遭受破損。點腐蝕是目前最具侵蝕能力的一種腐蝕作用之一。

點腐蝕的產生會伴隨著點腐蝕電位的出現，隨著腐蝕電位的升高點腐蝕所受到的阻力也會逐步增加。為此，點腐蝕電位也就成了能夠衡量鈍化膜穩定性的一種重要變量。點腐蝕的發生機理如下：由于蒸汽發生器傳熱管在泥渣堆中隨著金屬離子以及氧濃度的縮減而出現局部的腐蝕點，或在二次側介質的湍流、一次側交變應力、化學侵蝕的作用下，出現氧化膜(或鈍化膜)破裂現象，當氧化層脫落時，就會使得管壁形成點腐蝕。坑內的氧損耗將會使其表面形成氧濃度差電池，此時腐蝕坑的穿透速率將會進一步加快。

1.2點腐蝕的環境因素

氯化物、硫酸鹽等雜質的出現是產生雜質的主要原因，而雜質的出現也是導致凝汽器泄漏、焊縫泄漏以及樹脂顆粒和離子交換引發化學反應的主要因素。點腐蝕就是由于這些酸性雜質使得材料產生局部酸化而導致的。如果環境中存在銅離子，或者環境被氧化，那么這種腐蝕現象將會被加劇。加上管壁上的污垢聚集，終會導致化學雜質的濃縮從而加劇點腐蝕過程。

2　點腐蝕的防護

由于點腐蝕的出現不但會造成由于穿孔而導致的降質，還會引發由于局部腐蝕先導而導致的核電站強迫停堆事故，因此對于核電站蒸汽發生器傳熱管點腐蝕的保護顯得十分重要。對于點腐蝕的預防性管理，旨在防止傳熱管腐蝕的產生并對缺陷進行及時整治，而損傷管理則是在確定損失出現之后，為對損失加以控制采取的相應檢修措施。目前，對于點腐蝕的防護主要包括以下幾個方面。

2.1傳熱材料的選擇

鉻和鎳是比較有效的降低點腐蝕傾向的材料。而鉬的加入，能夠進一步增強材料的抗腐蝕性。不銹鋼能夠具備預防點腐蝕的能力主要是由于其能夠在材料的表面形成鈍化膜，而鈍化膜抗腐蝕性的好壞主要取決于材料中的鉻和鉬的含量。一旦鈍化膜受到損傷，或者出現鈍化膜不完整情況，就會導致點腐蝕的出現。此時點腐蝕的形成主要是由于不銹鋼中的非金屬夾雜物的存在，因為不銹鋼表面鈍化膜的連續性受到破壞，致使金屬表層出現了微電池，腐蝕現象由此發生。

熱處理合金690是大亞灣、嶺澳核電站以及秦山二期核電站蒸汽發生器傳熱管所使用的共同材料，這種材料也是當前最為普遍的一種傳熱管材料。合金690是一種奧氏體鎳合金，它的鉻含量高達28%-31%。由于均勻腐蝕速率很低，導致這種材料在一回路中不會出現應力腐蝕破裂；而二回路中該類材料的抗腐蝕能力和晶間腐蝕能力都很好，在抗點腐蝕性能和物理性能、力學性能方面都有良好的效果。

2.2清洗管板上的泥渣堆和管子

美國某公司依據現場試驗，提出了預防性清洗以及恢復性清洗方法來應對傳熱管的二次側降質。預防性清洗方法主要用來避免管壁上的污垢以及管板上的泥渣沉積，以防止這些有害物質使得支撐板的縫隙被堵塞，或者管壁上有污垢堆積等。恢復性清洗則是指在有害環境的侵襲下，對環境進行改善。比較常見的方法包括泥渣槍清洗、鼓泡清洗、低壓噴淋清洗以及上部管束水力清洗等。

如果所用材料為合金材料，由于這類材料的應力腐蝕和點腐蝕能力較弱，應確保管壁得到沖刷，從而較少雜質堆積導致管材受到侵蝕的可能。當污垢和泥渣的數量達到1360-1810kg時，利用除垢劑進行化學清洗或者在除垢劑處理后的多個換料周期進行上部水管沖洗，都將達到保護管壁的效果。

2.3傳熱管的無損檢測

如果能夠對蒸汽發熱器的傳熱管進行無損檢測就能夠有效的控制點腐蝕的影響，從而減少強迫停堆的發生。點腐蝕坑中的沉積物主要包括硫化物、金屬銅以及氧化鉻等物質，可以軸向探頭的渦流實現對沉積銅的腐蝕檢測。由于點腐蝕的尺寸較小，并且會出現大量的銅引發高導電性，使用軸向探頭渦流檢測的深度準確性將受到一定的限制。此時可考慮選擇用雙頻(100kHz和600kHz)的多參數渦流探頭來抑制銅產生的影響。

3　結論

腐蝕處理是一種事后處理現象，具有一定的被動性，難以真正消除腐蝕的目的，為了預防腐蝕現象的發生，就要在腐蝕發生之前加以合理控制。對于點腐蝕的預防性管理，旨在防止傳熱管腐蝕的產生并對缺陷進行及時整治，而損傷管理則是在確定損失出現之后，為對損失加以控制采取的相應檢修措施。由于點腐蝕的出現不但會造成由于穿孔而導致的降質，還會引發由于局部腐蝕先導而導致的核電站強迫停堆事故，因此對于核電站蒸汽發生器傳熱管點腐蝕的保護顯得十分重要。

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