说明材料与水化学 第5讲 蒸发器说明材料.ppt

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1、PWR核电站蒸汽发生器材料问题蒸汽发生器的失效机理各部件的选材1蒸汽发生器核岛最复杂的设备之一一次侧设计压力17.2MPa,温度343oC二次侧设计压力8.6MPa,温度316oC结构为立式自然循环最大外径约4.5m,最大筒节壁厚约105cm，总高度约21m，净重约310吨。流致振动工作介质为带腐蚀性水2蒸发器的破管事故案例传热管断口形貌断口疲劳河流辉纹形貌防震条移位流致振动机理断管位置1991年2月9日，日本美滨核电厂2号机组一蒸发器In-660合金传热管因流致振动造成防震条移位、传热管与支撑板之间发生微动磨损，导致断裂，50吨一回路冷却剂泄漏到二回路。3蒸

2、汽发生器传热管材料相图4传热管材料及支撑板材料成分5传热管工况环境一回路侧：压力15.5MPaLiOH+H3BO3pH值6.5~7.5溶解氢20～50cc/kg溶解氧<100ppbNa+,Cl-,SO42-全部小于150ppb二回路侧去离子水不断蒸发后残留的水垢6二回路水垢的沉积蒸汽主冷出口主冷进口给水沉积物的影响传热率降低传热管腐蚀热工水力不稳定性需要化学清洗增加维护工作增加了检查工作量被迫停机缩短更换周期沉积的部位支撑板堵塞处分配板沉积传热管表面沉积管板表面沉积预热器导流板沉积物来源杂质腐蚀产物氧侵入7传热管缝隙水垢的沉积管板上部管板与传热管之间的间隙成

3、为水垢沉积敏感部位管与水垢界面管与水垢之间的界面可成为水垢加速沉积的敏感部位管与支撑板间隙管与支撑板接触部位先沉积水垢，然后向周围间隙扩展8传热管与管板胀接结构部分胀接全长胀接全长胀接＋顶部磙压9水垢沉积过程初始阶段早期后期清洁无淤泥薄层淤泥积累填充传热间隙淤泥积累增厚化学杂质浓缩10换热器管板与传热管管板胀管过渡段因污垢沉积、腐蚀产物累积，给过渡段造成压力，导致内外两侧复杂的应力状态，从而可同时导致一次侧和二次侧的应力腐蚀开裂。二次侧污垢与传热管之间还同时存在介质浓缩造成的影响，更加速了二次侧应力腐蚀开裂速度11胀管过渡段SCC胀管过渡段的横向和纵向

4、SCC裂纹12600MA管的晶间腐蚀－韩国某电厂DoHaengHur,etal.Rootcausesofintergranularattackinanoperatingnuclearsteamgeneratortube.JournalofNuclearMaterials375(3):382-387,2008.第六燃料循环600MA传热管外表面污垢外表面涡流探伤结果显示3mm缺陷管板上方8mm处的典型晶间腐蚀裂纹。晶界有M7C3型碳化物析出，有贫Cr区。表面氧化膜富Ni，近表面晶界含氧量较高。管板二次侧表面污垢中含硫13传热管支撑板结构设计AP100014水垢在

5、缝隙沉积引起应力腐蚀15水垢的沉积与应力腐蚀过程水垢沉积过程应力腐蚀过程Slidesfrom:RogerSteahle,20091617划伤处的裂纹美国Duke核电站蒸发器600合金传热管的开裂：二次侧应力腐蚀开裂表面划伤处开裂表面划伤所形成的残余应力促进了应力腐蚀开裂的形成。1819SGPb-SCCSG蒸发Pb浓缩在SCC处沉积诱发裂纹扩展600/690都可发生Seabrook-1,200019铅致应力腐蚀开裂600、690、800合金在350oC含铅1％的10％NaOH碱溶液中的应力腐蚀开裂时间20PbSCC机制镍基合金在水环境下，可能四种类型的尖晶石结构

6、腐蚀产物Ni(OH)2+2Cr(OH)3→NiCr2O4+4H2ONi(OH)2+2Fe(OH)3→NiFe2O4+4H2OFe(OH)2+2Cr(OH)3→FeCr2O4+4H2OFe(OH)2+2Fe(OH)3→Fe3O4+4H2O铅在高pH值的水中溶解：PbO+H2O→Pb(OH)2在高pH值环境中，Pb(OH)2可以比较容易进入表面钝化膜中，与氧化膜反应生成复杂的含铅化合物：Pb(OH)2·Ni(OH)2·Cr(OH)3→(OH)Ni–O–Pb–O–Cr(OH)2+2H2OPb(OH)2·Fe(OH)2·Cr(OH)3→(OH)Fe–O–Pb–O–Cr

7、(OH)2+2H2OPb(OH)2·Ni(OH)2·Fe(OH)3→(OH)Ni–O–Pb–O–Fe(OH)2+2H2O进一步脱水可以形成含Pb的尖晶石结构氧化膜，膜的生长按照空位扩散机制进行。B.T.Lu,J.L.Luo,andY.C.Lu.AMechanisticStudyonLead-InducedPassivity-DegradationofNickel-BasedAlloy.JournalofTheElectrochemicalSociety154(8):C379-C389,2007.21主要的应力腐蚀四种主要的应力腐蚀：管板上部胀管位置一回路水引起

8、的内壁SCC管板上部胀管位置水垢引起的