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FAC影响及控制方案

(2009-03-11 18:56:55)
标签:

水化学

单相流

cr

蒸汽

管线

杂谈

分类: 腐蚀与防护

FAC影响的系统和部件

(1)不易受FAC影响的系统

流体状态:因为有水才有FAC,所以有干蒸汽的系统不会发生FAC。但是如果功率降低的话,干蒸汽可能会变湿,FAC就可能发生。

耐蚀材料:用不锈钢和Cr含量大于0.15%的合金钢制造的系统,FAC可不考虑。因此,一些PWS核电站常规岛多采用Cr含量为0.20%的碳钢管道。当然,材料的升级并不意味着其它的腐蚀也会被削弱。

氧:含生水(raw-water)的系统可不考虑FAC,因为里面有大量的溶解氧。但又可能发生MIC、气蚀、整体腐蚀等问题,这样的系统如部件冷却水系统。

易受FAC影响的系统可根据流体状态、运行时间、管线尺寸进行分类:

(2)根据流体状态分为单相流体(只含水)和两相流体(含水和蒸汽)。另外,FAC也可发生在层流(水在下蒸汽在上)状况下。

根据运行时间可分为正常运行系统(如给水管、抽汽管、加热器疏水管等)和备用、间歇式运行(intermittently)系统(如启动管线、加热管线、紧急疏水管、排气管、蒸汽捕水器、旁路等)。一般正常运行系统管线有更严重的腐蚀发生,但并不是说备用、间歇式运行系统管线不会发生腐蚀。

根据管线尺寸可将管子分为大管(名义尺寸>50mm)和小管(名义尺寸≤50mm)。由于大管失效后造成的危害更大,所以受到更多的重视。

(3)核电厂中易受FAC影响的管道系统

单相流体管道系统

       凝结水和给水管系

       辅助给水管系

       加热器疏水管系

       汽水分离器疏水管系

       SG排污管系

       再热器疏水管系

       其它疏水管系

两相流体管道系统

       高压和低压抽汽管系

       到冷凝器的闪蒸管系

       密封用蒸汽管系

       给水加热器排气管系

当然,这些管系不一定只是发生FAC,还可能有其它的腐蚀类型,如SG排污系统的侵蚀、控制阀和孔板下游的气蚀、CS管线在停用状态下的整体腐蚀。

核电厂用的是饱和蒸汽,出高压缸后,由于蒸汽的湿度太大,必须经过MSR除湿。火电厂用的是过热蒸汽,无MSR。火电厂的抽汽管线里是过热的蒸汽,不易受FAC的影响,但在启动和功率降低时,蒸汽质量变差,有可能发生FAC;从汽包直接出来的管线中可能会有一定的湿度;调峰机组(peaking unit)由于有更多的运行瞬态,所以有复杂的FAC。水化学方面,现代火电厂中有多种水处理方法:汽包锅炉中有AVT、OT、PT、CPT、EPT;直流锅炉中有AVT、OT。核电厂中用联氨以产生一个还原性的给水环境,并且还作为除氧剂去处水中的氧。

减小或消除FAC的控制方案

可以从以下四方面来考虑减小或消除FAC:水化学方面、合金含量方面、运行条件方面、几何条件方面。

水化学:理想情况下,水化学条件应建立在最小化所有不利影响之上,但事实上,不同的损耗要求不同的水化学条件,而且还往往产生冲突,所以就要将主要不利因素筛选出来,然后找出一个最佳方案,这个最佳方案有时还受电厂设备的限制。PWR中,主要腐蚀机理是二回路的(secondary system)FAC、IGSCC;

 PWR二回路水化学控制总原则是通过添加一种或几种胺使二回路系统处于碱性条件下。联氨被用来除去系统中的氧,并使之处于还原性条件下。除盐器用来除去系统中的杂质。近年来PWR中二回路系统水化学控制,在基本原理(philosophy)和添加剂方面(additives)已经有了很大的变化。SG的腐蚀和性能退化被认为是二回路系统的主要寿命限制部件,所以二回路水化学控制主要是最优SG周围的水化学条件。

合金含量:将管道材料从CS改成耐FAC的材料时,FAC速率会降低很多,见表5.1。

 

表5.1 常用替换金属抵抗FAC的性能〔60℃〕

合金

CS速率/合金钢速率

Cr、Mo名义含量

CS

1

0,0

A335,Grade P11

39

1.25%Cr,0.5%Mo

A335,Grade P22

76

2.25%Cr,1%Mo

304

>250

18%Cr

 

改变材料时要考虑以下因素:对FAC和其它类型腐蚀的耐蚀性;用新材料制造部件的可行性和费用;连接件焊接程序的可行性;某些合金材料要进行焊前和焊后热处理;系统中有多个部件被替换,并且容许应力或热膨胀系数不同于原始材料时,需要对管系再分析;制造替换部件耗费的时间。

替换的材料和方式有:CS、Cr-Mo合金钢、SS、Inconel、coatings、flame-spraying coatings、weld overlay、duplex piping。

运行条件:对于传输湿蒸汽的系统,最容易改变的参数是蒸汽质量,这可通过安装附加的汽水分离器,以减少局部水的含量。这一方法已经在法、西、美等国使用,证明对减小一些部件如冷再热管、给水加热器壳体的FAC速率是有效的。

几何条件:构造方面的修改只能使FAC减小很少的量,如单相流体中Φ12in的管子增加到Φ14in,只能使FAC速率下降约20%。更有效的方法是设计修改:增加控制阀处(valve station)的面积,减小流速。控制阀处包括渐缩管、阀门、膨胀管。一般说,阀门的横截面积只有管子的60%,增大阀门将会减小FAC的速率,但有时大的阀门将受到系统技术限制。

减薄件的继续服役

当最小壁厚小于87.5%的名义尺寸时,就要对部件做结构上的评估,并证明其可容许被继续服役。可容许性的证明需考虑以下因素:管道设计法规,如美国ANSI的B31.1和B31.7,ASME锅炉与压力容器规范的第三部分;管道设计考虑因素,如对环向应力和轴向应力的考虑;局部壁厚减薄。ASME的Code Case N-597中给出了壁厚减薄评估逻辑图。

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