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核电厂管道的流体加速腐蚀及其老化管理 核电厂管道的流体加速腐蚀及其老化管理(腐蚀与防护第27 卷第2 期 2006 年2 月)束国刚1 , 薛飞1 , 遆文新1 , 汪小龙1 , 陆念文1 , 刘鹏2 , 戴忠华2(1. 广东核电集团苏州热工研究院,苏州215004 ; 2. 广东核电集团大亚湾核电运营管理有限公司,深圳518124)摘要: 管道流体加速腐蚀(Flow Accelerated Corrosion) 是核电厂和常规电厂碳钢或低合金钢材料汽水管道的一个重要的老化机理,历史上曾发生过美国萨里核电站2 号机组和日本美滨核电站3 号机组管道破裂等导致人员伤亡的严重事故;本文简要总结了核电厂管道流体加速腐蚀的经验教训、机理及其老化管理的一些方法和对策。关键词: 流体加速腐蚀; 管道破裂; 老化管理中图分类号: TG172. 8 ; TM623. 8 文献标识码: B 文章编号: 10052748X(2006) 0220072205FLOW ACCEL ERA TED CORROSION AND A GIN G MANA GEMEN TIN NUCL EAR POWER PLAN TSSHU Guo2gang1 , XUE Fei1 , TI Wen2xin1 , WANG Xiao2long1 , LU Nian2wen1 ,LIU Peng2 , DAI Zhong2hua2(1. CGNPC Suzhou Nuclear Power Research Institute , Suzhou 215004 , China ;2. CGNPC Daya Bay Nuclear Operations and Management Co. , Ltd. , Shenzhen 518124 , China)Abstract : Flow Accelerated Corrosion ( FAC) is an important aging mechanism for water and water/ steam pipingmade of carbon steel or low alloy steel in both nuclear power plant s and fossil power plant s. Accident s in Surry Unit2 in USA and Mihama Unit 3 in J apan , caused by pipe rupture due to FAC , led to severe casualties. Theexperience , mechanism and countermeasures about the aging management of FAC in nuclear power plant s aresummarized in this paper.Key words : Flow accelerated corrosion ; Pipe rupture accident ; Aging management1 概述核电厂主给水管线、凝结水管线、疏水管线、部分抽汽管线等主要是由碳钢制造的。在核电站运行过程中,与流体接触的碳钢管线不可避免的会发生腐蚀,而管内的流体会加剧这一过程,该现象被称为流体加速腐蚀( FAC) 。一般认为,碳钢或低合金钢的正常保护性氧化膜溶进流动的水或者汽水混合流体中,与流体直接接触的材料表面的氧化膜会变薄且保护性降低,使得材料的腐蚀速率变大,在稳定的FAC 状态,材料的腐蚀速率与氧化膜的溶解速率相等,且这一过程会随着电厂的运行而持续下去 1 。1970 年前后,有关科技人员就已经开始了对FAC 问题的研究,法国、英国和德国在这方面做了很多的研究工作,当时主要关注的是两相流体系统,认为只有在两相流体中才会发生FAC现象。但是收稿日期:2005208231 ;修订日期:2005212209美国萨里核电厂事件改变了人们的看法,因为其2号机组的凝结水管线(单相流体管线) 由于发生了FAC 导致了管道破裂。1986 年12 月9 日,由西屋公司设计、供货的宾夕法尼亚州萨里核电站2 号机组中,其凝结水管线上的一个50mm) 和小管(名义尺寸50mm) 。FAC 在大管和小管中都会发生。但大管受到更多关注,因为它给电厂造成损失和破坏的潜在危险性大。然而,小管线也会导致工厂停工,故不应当排除在检查之外。但需要认识到,与大管道相比,小管道在周期性检查和耐蚀合金替换方面存在不同的经济平衡点。通过大量的FAC 事故经验反馈,下面一些系统被认为是比较容易发生FAC 现象的系统,其中单相系统主要有:凝结水和给水系统、辅助给水系统、加热器疏水系统、汽水分离器疏水系统、蒸汽发生器排污系统及其它疏水系统;两相系统主要有:高压和低压加热器抽汽管线、到冷凝器的闪蒸管线、密封蒸汽系统、给水加热器排气管线等。3 广东核电集团对FAC的管理在大亚湾核电站建造期间,依据国际核电站的运行经验反馈,获悉汽水分离再热器系统、高压加热器系统、除氧器系统、蒸汽发生器排污系统、辅助给水系统、低压加热器系统、辅助蒸汽分配系统和蒸汽转换器系统等的抽汽管线、疏水管线及给水管线对FAC 很敏感,美国萨里核电站2 号机组还发生了这类管道破裂、喷出高能流体伤害工作人员的事故,这引起广东核电业主的关注,依据国际核工程研究成果和具体应用情况,于1989 年初决定采取一项合同变更,作为对付FAC 的一项重要措施,将上述相关系统的抽汽管线、疏水管线、给水管线所采用的无缝碳钢管道及部件所用钢材的铬含量,由原标准规范对铬含量不提要求,改为对铬含量提出特定要求(Cr 0. 20wt %) ;国际核工程研究成果表明,采取这一措施将明显增强这类管道、部件抗FAC 能力,大大延长使用寿命。由于当时常规岛(CI) 供应商在供应压水堆核电站系统设备方面经验不足,制造厂的技术和管理水平相差较大,某些制造厂对供应有特定要求而数量并不大的管道、部件存在困难;加上大亚湾核电站的设备制造质量监督由工程服务( PS) 合同承包商负责,业主实施的合同管理存在一些疏漏,并没有就此项合同变更特定要求,对供应商实施严格的监督检查;上述多种原因综合导致的结果是:大部分管道、部件,即CI 供应商从技术和管理水平较高的工厂订的管道、部件,全面满足合同变更后的特定要求;而其中的小部分,由技术和管理水平较差的工厂供应的管道、部件,只满足标准规范的一般要求,而不符合合同变更的特定要求。这些设计建造期间的遗留问题有待机组运行期间,通过老化和寿命管理项目中的FAC 项目加以解决。在岭澳核电站设计建造期间,通过大亚湾核电站建造、运行经验反馈的方式,将大亚湾核电站建造期间的合同变更相关要求变为合同的要求,并在合同执行期间实施监督检查得到落实,因此在预防FAC 方面,岭澳核电站处于更为有利的态势。2003 年,大亚湾核电运营管理公司决定与苏州热工研究院合作,开展针对FAC 的老化管理工作。通过了解国际上管道壁厚监督管理大纲及相关分析评估软件,主要是美国EPRI 的CHECWORKS ,法国EDF 的BRT2CICERO 和FRAMTOME ANP的COMSY,对它们的应用情况进行分析、评估和比较,确定引进法国EDF 的BRT2CICERO 分析评估软件,实施FAC 老化和寿命管理项目。FAC 项目组首先根据外国电厂的经验反馈及FAC 老化研究结果( FAC 分类准则,见前) ,筛选出以下十个CI 系统作为本项目关注的系统,这十个系统是汽水分离再热器系统、高压加热器系统、除氧器系统、低压加热器系统、蒸汽转换器系统、给水加热器疏水回收系统、汽动主给水泵系统、主给水泵汽机疏水回收系统、给水流量控制系统、汽轮机蒸汽和疏水系统。其中后五个系统是大亚湾合同变更时未考虑进去的。系统筛选出来后,项目组又对每个系统中的所有管线,制订出了具体的管线筛选办法,按照FAC敏感程度和重要性分成1 、2 、3 类。FAC21 类管线为除满足相关系统筛选准则要求外,还需同时满足如下要求的高能管线:名义管径 50mm ;流速 1. 5 m/ s ;管线材质为碳钢或低合金钢。此类管线需要给予极大重视,因为它最容易发生FAC 问题,并且这类管线一旦失效,将会给电厂造成不可估量的损失。FAC22 类管线的材质也为碳钢或低合金钢,需满足下述条件之一:非正常运行用管线;流速1. 5m/ s ;名义管径50 mm ;管线流速不确定的排气管线和平衡管线。FAC23 类管线为非FAC 相关管线,如相关系统中的不锈钢管线。但需要说明的是,如果某主体系统不属于FAC相关系统,但该系统中的部分管线满足FAC21 类管线的要求,仍将这部分管线按FAC21 类管线方式处理。对FAC21 类管线,项目组收集了它的系统流程图、系统设计手册、管道等轴图、管道制造资料、相关材料标准资料、管道部件资料及机组自投运以来的水化学资料和运行时间等。在这些资料的基础上,经过系统分析,最终得出每个机组约有150 根管线属于FAC21 类管线。对于这些FAC21 类管线,将于2005 年内制订相应的老化和寿命管理大纲,采用已引进的BRT2CICERO 软件的分析预测计算结果,将合理地安排检测校验周期,并根据实际检验的结果来判断由于FAC 导致的壁厚减薄速率,然后制订下一步的检验计划或更换策略。4 一些建议从国际上核电厂的运行经验来看,经过多次严重事故之后, FAC 问题得到了核电厂的普遍重视。对FAC 的预防可从设计、运行两个阶段来考虑。在设计阶段,为了防止FAC 的发生,对于那些工况敏感的管线(满足流体、温度要求) ,应尽量采用含有一定量铬元素的低合金钢或碳钢制造管道、部件,使其对FAC 不敏感;还可以改变管道或部件的形状/ 尺寸以减少湍流的发生。在运行阶段,首先应该从改善二回路的水化学,关键是其p H 值方面,来减小FAC 导致管壁减薄的速率。在确定出FAC 敏感管线清单(应该采取定期审查的方法加以补充完善) 后,采用FAC 分析评估软件预测壁厚减薄速率,有目的地进行现场管道壁厚检测工作,加强管道监督检查来防止FAC 危害事件的发生,制订出合理有效的FAC 老化管理大纲。需要引起关注的是,FAC 项目管理由于相关管段、管件的数量多,每次大修可用于监督检查的工期有限,在安排监督检查工作任务时,通常采取同等工况相似管线选其一,同一管线上选取最敏感的管件实施监督的原则,有可能由于突发的原因,如工况变化,导致没有被监督的管线出现问题,也就是说也有出现漏检管线的可能性;因此要采取严谨务实、保守决策,逐步完善监督检查计划,避免任何漏检。另外,对于不同类型的管道,其老化及失效的机理也是不同的,不能简单地将壁厚减薄现象都归为FAC 现象。例如不锈钢管线可能由于机械侵蚀或气蚀而导致壁厚减薄甚至失效破裂,这种现象需要另做专题分析,并妥善加以针对性管理。参考文献: 1 Bindi Chexal , et al. EPRI TR21066112R1 flow2acceler2ated corrosion in power plant s R . United States Elec2t ric Power Research Institute ,1998.2 Sweeney T J , et al. A review of the virginia power e2rosion/ corrosion inspection programA . Presented atthe ASME International Joint Power Generation Con2ferenceC . San Diego California :October ,1991.3 J ames G Partlow. NRC generic letter 89208 erosion/corrosion2induced pipe wall thinning R . UnitedStates Nuclear Regulatory Commission ,1989.4 Division of regulatory improvement programs.NUREG- 1801 generic aging lessons learned ( GALL)report Z . United States Nuclear Regulatory Commis2sion ,2001.5 NISAps interim report into mihama23 accident Z . J a2pan Citizensp Nuclear Information Center ,2004.6 Robert L Tapping. Flow2accelerated corrosion A .Materials Problems in Light Water Nuclear Reactors :Status、Mitigation、Future Problems Internationalmeeting in Suzhou ChinaC ,2005.7 Smith C L , et al. NUREG/ CR25632 incorporating ag2ing effect s into probabilistic risk assessment2a feasibili2ty study utilizing reliability physics models R . UnitedStates Nuclear Regulatory Commission ,2001.2010年读书节活动方案一、 活动目的：书是人类的朋友，书是人类进步的阶梯！为了拓宽学生的知识面，通过开展“和书交朋友，遨游知识大海洋”系列读书活动，激发学生读书的兴趣，让每一个学生都想读书、爱读书、会读书，从小养成热爱书籍，博览群书的好习惯，并在读书实践活动中陶冶情操，获取真知，树立理想！ 二、活动目标： 1、通过活动，建立起以学校班级、个人为主的班级图书角和个人小书库。 2、通过活动，在校园内形成热爱读书的良好风气。 3、通过活动，使学生养成博览群书的好习惯。4、通过活动，促进学生知识更新、思维活跃、综合实践能力的提高。 三、活动实施的计划 1、 做好读书登记簿 （1） 每个学生结合实际，准备一本读书登记簿，具体格式可让学生根据自己喜好来设计、装饰，使其生动活泼、各具特色，其中要有读书的内容、容量、实现时间、好词佳句集锦、心得体会等栏目，高年级可适当作读书笔记。 （2） 每个班级结合学生的计划和班级实际情况，也制定出相应的班级读书目标和读书成长规划书，其中要有措施、有保障、有效果、有考评，简洁明了，易于操作。 （3）中队会组织一次“读书交流会”展示同学们的读书登记簿并做出相应评价。 2、 举办读书展览： 各班级定期举办“读书博览会”，以“名人名言”、格言、谚语、经典名句、“书海拾贝”、“我最喜欢的”、“好书推荐”等形式，向同学们介绍看过的新书、好书、及书中的部分内容交流自己在读书活动中的心得体会,在班级中形成良好的读书氛围。 3、 出读书小报： 2010年读书节活动方案一、 活动目的：书是人类的朋友，书是人类进步的阶梯！为了拓宽学生的知识面，通过开展“和书交朋友，遨游知识大海洋”系列读书活动，激发学生读书的兴趣，让每一个学生都想读书、爱读书、会读书，从小养成热爱书籍，博览群书的好习惯，并在读书实践活动中陶冶情操，获取真知，树立理想！ 二、活动目标： 1、通过活动，建立起以学校班级、个人为主的班级图书角和个人小书库。 2、通过活动，在校园内形成热爱读书的良好风气。 3、通过活动，使学生养成博览群书的好习惯。4、通过活动，促进学生知识更新、思维活跃、综合实践能力的提高。 三、活动实施的计划 1、 做好读书登记簿 （1） 每个学生结合实际，准备一本读书登记簿，具体格式可让学生根据自己喜好来设计、装饰，使其生动活泼、各具特色，其中要有读书的内容、容量、实现时间、好词佳句集锦、心得体会等栏目，高年级可适当作读书笔记。 （2） 每个班级结合学生的计划和班级实际情况，也制定出相应的班级读书目标和读书成长规划书，其中要有措施、有保障、有效果、有考评，简洁明了，易于操作。 （3）中队会组织一次“读书交流会”展示同学们的读书登记簿并做出相应评价。 2、 举办读书展览： 各班级定期举办“读书博览会”，以“名人名言”、格言、谚语、经典名句、“书海拾贝”、“我最喜欢的”、“好书推荐”等形式，向同学们介绍看过的新书、好书、及书中的部分内容交流自己在读书活动中的心得体会,在班级中形成良好的读书氛围。 3、 出读书小报：