核電站二回路管道系統(tǒng)FAC

1、蘇州院壽命中心化學(xué)及狀態(tài)評估研究所2012年08月核電站二回路管道系統(tǒng)的核電站二回路管道系統(tǒng)的FACFAC提綱提綱q一、FAC背景q二、FAC機(jī)理q三、FAC影響因素q四、FAC分析q五、FAC有效管理一、一、FAC背景背景q1.1 典型FAC事件-11986年12月9日，美國Surry核電廠2號機(jī)組凝結(jié)水管線上的一個18英寸彎頭運(yùn)行時突然破裂，造成4死4傷的嚴(yán)重后果。最后190個部件被更換。Surry核電廠的FAC事故喚起了世界核電對FAC的重視。一、一、FAC背景背景q1.1 典型FAC事件-22004年8月9日，日本美濱核電廠3號機(jī)組低壓加熱器到除氧器之間的凝結(jié)水管道破裂，11名工人被嚴(yán)

2、重燙傷，其中五人死亡。事后檢查發(fā)現(xiàn)，由于FAC作用使得原來約10mm厚度的管道減薄后最薄處只有1.4mm。破裂位置5人死亡，6人受傷！日本日本Mihama FAC 失效位置示意圖失效位置示意圖q1.1 典型FAC事件-2一、一、FAC背景背景Mihama FAC 失效失效n28 年從未檢測n開裂時最薄處壁厚 1.4 mm（原厚度10 mm）nFAC 速率 = 0.34 mm year-1n材料 ：碳鋼n溫度 : 140oCn流速 : 2.2m/sn氧含量 : 5ppbn水化學(xué) : AVT (pH8.5-9.7)一、一、FAC背景背景q1.2 FAC事件統(tǒng)計Plant NameDamageDat

3、eOconee 3Leak in extraction line1976Browns Ferry 1Rupture of discharge line MSR drain line1982Oconee 2Failure of expander in reheater drain line1983Calvert CliffsRupture of elbow in cold reheat steam line1984Handdam NeckRupture of feedwater heater line1985Surry 2Rupture of feedwater line elbow1986Tr

4、ojan 2Leak in main feedwater line1987Surry 2E/C wear of elbow in main feedwater line1988Surry 1Rupture of low pressure heater drain line in feedwater line1990CatawbaE/C wear of feedwater line1991Susquehanna 1E/C wear of feedwater line1992Zion 1Leak in moisture separator line1993Turkey Point 3Leak in

5、 moisture separator line1994Millstone 2Heater drain recirculation line1995Fort Calhounextraction steam line 1997Mihamacondensate line downstream of an orifice 2004一、一、FAC背景背景一、一、FAC背景背景q1.2 FAC事件統(tǒng)計據(jù)WANO統(tǒng)計，1999年至2007年之間，世界核電行業(yè)共發(fā)生37起FAC事件。q1.3 FAC的危害壓力容器和管道的降級；電站降功率或者停堆；人員傷害；經(jīng)濟(jì)損失。一、一、FAC背景背景q2.1流動加速腐蝕

6、的概念 流動加速腐蝕（Flow-accelerated corrosion，簡稱FAC）就是碳鋼或低合金鋼表面保護(hù)性的氧化膜在水流或氣液兩相流作用下發(fā)生溶解、破壞的過程。由于氧化膜的不斷減薄，保護(hù)性能下降，腐蝕速率上升，最后達(dá)到一種平衡狀態(tài)腐蝕速率和溶解速率趨于一致，并保持這個穩(wěn)定的腐蝕速率持續(xù)下去。金屬表面局部區(qū)域的氧化膜非常薄，幾乎相當(dāng)于金屬的裸露表面。一般情況下，腐蝕表面呈現(xiàn)典型的磁鐵礦黑色。二、二、FAC機(jī)理機(jī)理q2.1 流動加速腐蝕的概念 在單相液態(tài)流條件下，當(dāng)腐蝕速率較高時，金屬表面會出現(xiàn)典型的馬蹄鐵形狀的蝕坑，形成扇貝形狀或桔子瓣形的腐蝕形貌。扇貝形腐蝕形貌常出現(xiàn)在發(fā)生嚴(yán)重管壁減

7、薄的大直徑管道內(nèi)表面。在雙相流條件下，大型管道表面的流動加速腐蝕形態(tài)是 “老虎花紋”狀形貌。單相流：圓齒狀、波狀或桔皮狀兩相流：老虎斑紋二、二、FAC機(jī)理機(jī)理氧化膜的形成氧化膜的形成氧化膜的溶解氧化膜的溶解Fe2+的擴(kuò)散的擴(kuò)散H+DO二、二、FAC機(jī)理機(jī)理22234FeFeFeFe OFestepstepstep氧化膜中的擴(kuò)散流體邊界層中的擴(kuò)散 1 2 3q2.2 FAC的作用機(jī)理q2.2 FAC的作用機(jī)理 通常認(rèn)為流動加速腐蝕是靜止水中的均勻腐蝕的一種擴(kuò)展，其區(qū)別在于流動加速腐蝕的氧化膜/溶液界面存在流體運(yùn)動?？紤]到金屬表面多孔鐵磁相膜的存在，流動加速腐蝕可以分解為兩個耦合過程。第一個過程是

8、在氧化膜/水界面產(chǎn)生溶解的亞鐵離子，該過程可分為三個同時發(fā)生的反應(yīng)：(1)鐵在鐵/磁鐵礦界面的游離氧水溶液中氧化，反應(yīng)方程如下： Fe2H2O =Fe22OH-+H2 =Fe(OH)2+H2 3Fe4H2O =Fe3O44H2 一般認(rèn)為，有1/2的Fe2在基體鐵/氧化物界面轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦。二、二、FAC機(jī)理機(jī)理(2)金屬表面生成的亞鐵離子通過多孔的氧化膜層擴(kuò)散到主體溶液當(dāng)中。假設(shè)氧化膜層中不存在網(wǎng)狀環(huán)流和水流，亞鐵離子的擴(kuò)散是由于濃度梯度控制的。步驟（1）中產(chǎn)生的H2也經(jīng)過鐵基體和氧化物孔洞擴(kuò)散到主體溶液當(dāng)中。上述的兩個過程與均勻腐蝕的這類過程一致。(3)受溶液中的H的還原作用，磁鐵礦膜在氧化膜

9、/水界面處發(fā)生溶解，H來自金屬/氧化物界面。 式中，b0，1，2，3。具體取值取決于亞鐵離子的水解程度。OH)b34()OH(FeH31H)b2(OFe312)b2(b243二、二、FAC機(jī)理機(jī)理 第二個過程是亞鐵離子通過擴(kuò)散邊界層向主體溶液遷移的過程，該過程受擴(kuò)散梯度驅(qū)使。來自氧化物/水界面溶解和金屬基體/氧化物界面的亞鐵離子能夠通過擴(kuò)散邊界層迅速地擴(kuò)散到主題溶液中。另外通常假設(shè)主題溶液中的亞鐵離子Fe2濃度為C，氧化物/溶液界面的Fe2濃度為CS，且CCS在這種條件下，如果氧化物/溶液界面的流體速度增加將導(dǎo)致腐蝕速率上升。二、二、FAC機(jī)理機(jī)理q3.1 流體力學(xué)因素流體速度的影響u流體動力

10、學(xué)的影響很復(fù)雜，邊界層的物質(zhì)擴(kuò)散受管壁附近流體狀況的強(qiáng)烈影響。流體速度是鐵離子從氧化物到溶液主體傳質(zhì)的一個主要控制因素。流動加速腐蝕速率隨主體速度的增加和局部湍流而增大，而且不存在能引起流動加速腐蝕的流體速度的下限。u流體速度對腐蝕現(xiàn)象有兩種作用： 傳質(zhì)作用，比如由于濃差擴(kuò)散引起的亞鐵離子從擴(kuò)散邊界層向溶液主體中遷移。 表面剪切應(yīng)力作用。三、三、FAC影響因素影響因素三、三、FAC影響因素影響因素氧化物溶解占支配地位機(jī)械破壞增加根據(jù)氧化物的動力學(xué)，氧化膜在靜滯的水中生成。腐蝕速率由裸金屬溶解速率和鈍化速率決定。腐蝕動力學(xué)呈拋物線關(guān)系。氧化物溶解增加流動減薄膜均衡厚度由物質(zhì)傳遞和化物的生成決定。

11、沖刷腐蝕速率由物質(zhì)傳遞和濃度驅(qū)動決定。腐蝕動力學(xué)呈線性關(guān)系由于表面切應(yīng)力或溶解或粒子撞擊造成膜的局部去除，但它能被再鈍化。破壞速率由裸金屬的溶解速率、鈍化速率和氧化物的頻率去除決定。破壞動力學(xué)呈準(zhǔn)線性關(guān)系。膜由于溶解或者表面切應(yīng)力局部去除，破壞速率就是裸金屬的溶解速率。破壞速率呈準(zhǔn)線性關(guān)系。膜局部去除和金屬表面上機(jī)械破壞決定了總的破壞速率，如破壞速率等于裸金屬的溶解速率加上由于可能的機(jī)械破壞的協(xié)和作用。破壞速率呈非線性關(guān)系。氧化膜的去除和占支配地位的金屬表面下械破壞。剝蝕動力學(xué)呈非線性關(guān)系機(jī)械破壞占支配地位三、三、FAC影響因素影響因素u考慮到電化學(xué)極化的作用的影響，在研究流體流速對沖刷腐蝕速

12、率的控制作用時，要注意以下三點(diǎn)： 在低速情況下，增加液體流速可以降低腐蝕產(chǎn)物（如可溶性腐蝕產(chǎn)物亞鐵離子）的濃度。由于腐蝕產(chǎn)物濃度降低，腐蝕速率增加，并且離子從氧化物/水界面遷移到主體溶液中的能力變?yōu)樗俣瓤刂七^程，濃差極化是其控制步驟，腐蝕速率部分或完全由傳質(zhì)速率控制。 在較高流速情況下，傳質(zhì)速度明顯高于金屬表面電極反應(yīng)速率，其結(jié)果導(dǎo)致在金屬/電解液界面該過程變成反應(yīng)次序控制過程，需要活化能激化。這種條件下活化作用控制整個腐蝕過程，腐蝕速率不再依賴流體速度值。 當(dāng)流體速度增大到一臨界值稱為“剝離速度”以上時，表面的剪切應(yīng)力變得足夠大到可以撕裂或剝離保護(hù)性的氧化膜，腐蝕過程轉(zhuǎn)變?yōu)槟ノg腐蝕過程。三、

13、三、FAC影響因素影響因素管壁表面粗糙度的影響u研究表明，F(xiàn)AC腐蝕形貌的形成是基于原始缺陷產(chǎn)生的大量的小蝕坑，逐步長大連接成片而形成的。表面粗糙度越大表明原始小蝕坑越多。這些原始的小蝕坑與碳鋼表面的微觀組織選擇性腐蝕有關(guān)。在高雷諾系數(shù)條件下，處于臨界尺寸以上的初始缺陷數(shù)量很大，當(dāng)隨著缺陷長大，彼此之間就開始相互接觸，形成微小的圓齒狀形貌。三、三、FAC影響因素影響因素u在圓齒形表面形貌形成之前，微型缺陷必須達(dá)到一個臨界尺寸才能長大。缺陷尺寸用沿流體流動方向缺陷長度表征，用Xcrit表示。對于圓形孔洞， Xcrit由下面公式表示： Xcrit 式中，dH是流體直徑（對于常規(guī)管路幾何形狀dH等于

14、管體直徑）。u上式表明，缺陷長度與流體直徑成正比，與雷諾數(shù)成反比。也就是說，湍流越劇烈，管徑越小，缺陷特征長度就會越小，達(dá)到臨界缺陷尺寸的缺陷數(shù)量就會越多，越容易發(fā)生FAC。注：對于發(fā)電廠用商用裝置和管材，通常會存在大于臨界尺寸的缺陷，因此，在使用過程中，通常會出現(xiàn)圓齒狀形貌。)8/7(HRed4三、三、FAC影響因素影響因素管路形狀的影響 管道尺寸和形狀直接影響流體速度進(jìn)而影響局部傳質(zhì)速率。如果一個構(gòu)件的幾何形狀能夠加速流體流動和湍流程度，則這樣的構(gòu)件會受到更為嚴(yán)重的流動加速腐蝕。流動加速腐蝕傾向與發(fā)生在存在流體動力學(xué)干擾的部位，主要是含有蒸汽和水的構(gòu)件內(nèi)部或臨接的下游。這些部位包括彎頭、彎

15、頭、減壓器、三通、管道入口、控制節(jié)流閥下游、閥門等。三、三、FAC影響因素影響因素 通常采用一個幾何加速因子來表征提高流體紊亂度（湍流）對FAC的影響。管道類型管道類型沖刷腐蝕幾何因子沖刷腐蝕幾何因子KellerChexal-HorowitzRemyWoolseyKastner直管直管1.01.01.01.01.090彎頭彎頭5.75133.72.11.76.011減壓器減壓器 （大頭）（大頭） （小頭）（小頭） 2.51.83.2 管道入口管道入口4.0 2.53.586.24膨脹器膨脹器 （大頭）（大頭） （小頭）（小頭） 3.02.83.6 管道擴(kuò)張?zhí)幑艿罃U(kuò)張?zhí)?2.0 管口管口4.06

16、.05.02.93.04.0 T型管型管 （流入管）（流入管）合流合流 （出水管）（出水管） 3.745.05.05.72.02.5 T型管型管 （流入管）（流入管）分流分流 （出水管）（出水管） 18.755.04.05.7 三、三、FAC影響因素影響因素蒸汽質(zhì)量的影響u通常情況下，流體的湍流越劇烈，越容易發(fā)生FAC；對于氣液兩相流而言，其湍流強(qiáng)度與蒸汽質(zhì)量百分比密切相關(guān)。u蒸汽質(zhì)量對FAC速率的影響非常大。只有在管道或構(gòu)件壁內(nèi)表面保持濕的狀態(tài)時，才可能造成材料的FAC減損，干燥蒸汽條件下不發(fā)生FAC。如果蒸汽質(zhì)量大于零，那么只有液相能造成FAC破壞。三、三、FAC影響因素影響因素u用于計算

17、傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系式既適用于單相也適用于雙相流體。不過，如果蒸汽質(zhì)量大于零，液相的雷諾數(shù)ReL的值必須是確定的。對于雙相流體體系，雷諾數(shù)由下式確定： ReL 式中，VL是液體流速，其表達(dá)式是： VL 式中，Q 是整個流體的流動速度；A 是管道的內(nèi)橫截面機(jī)； 是蒸汽質(zhì)量；vL 是動力學(xué)粘度（動粘度）； L是液相密度；是蒸汽的氣體分?jǐn)?shù)。LHLvdV 11AQL三、三、FAC影響因素影響因素u氣體分?jǐn)?shù)一般大于蒸汽質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這導(dǎo)致雙相流體的雷諾數(shù)值大于只存在單相液體的雷諾數(shù)值。ReL越大，傳質(zhì)系數(shù)就越大，從而導(dǎo)致FAC速率越大。也就是說，雙相流體的混亂度大于單相液態(tài)流體，從而決定了其腐蝕速率較單相大。三、

18、三、FAC影響因素影響因素q3.2環(huán)境影響因素 水化學(xué)的影響u 一定溫度下，流體的ORP、pH值是影響氧化膜的穩(wěn)定性和溶解度進(jìn)而FAC速率的的重要參量。u 從右圖可以看出隨著pH的升高，腐蝕速率降低非常明顯，也就是說，通過調(diào)節(jié)pH，可以有效降低FAC速率。三、三、FAC影響因素影響因素溫度的影響u 溫度是影響碳鋼和低合金鋼流動加速腐蝕的一個重要參量。流動加速腐蝕通常發(fā)生在100300之間。溫度能影響氧化膜的生成和溶解速率，也會影響物質(zhì)的熱物理性能。u 受流體溫度影響的幾個主要變量如下： 和傳質(zhì)過程有關(guān)的變量，如雷諾數(shù)、施密特數(shù)、舍伍德數(shù)等等；還有流體密度、水的動力學(xué)粘度、蒸汽質(zhì)量、氣體分?jǐn)?shù)、水

19、中各種離子的擴(kuò)散系數(shù)等都是溫度的函數(shù)。三、三、FAC影響因素影響因素 與水的化學(xué)成分有關(guān)的參量。各種化學(xué)物質(zhì)的分配系數(shù)以及工作條件下的pH值都是溫度的函數(shù)。 與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的參量。金屬/氧化膜界面金屬的氧化和氧化膜/水界面磁鐵礦的溶解反應(yīng)都受溫度的影響。 與氫在金屬和水中擴(kuò)散有關(guān)的變量。如果氫能夠通過氧化膜進(jìn)行擴(kuò)散，F(xiàn)AC速率會急劇升高；如果氫能夠在金屬中擴(kuò)散，磁鐵礦氧化膜會致密化，從而導(dǎo)致FAC腐蝕速率下降。三、三、FAC影響因素影響因素u 一般而言，溫度對FAC速率的影響如下： 對于單相流體，鐘型曲線的最大值介于大約130140之間，或者大約150。 對于雙相流體，鐘型曲線的最大值大約15

20、0，或大約180，或介于大約170200之間。u 上述差異主要是由于以下兩種獨(dú)立機(jī)制在人們比較感興趣的溫度區(qū)間（100250）相互競爭的結(jié)果： 150以下，隨著溫度的升高，溶解速率動力學(xué)歲隨溫度的升高而升高，沖刷腐蝕受動力學(xué)因素的不完全控制。 溫度在150以上時，二價鐵的溶解度受溶液的pH值控制，并隨溫度的升高而下降。傳質(zhì)過程變?yōu)榭刂菩圆襟E。三、三、FAC影響因素影響因素聯(lián)氨的影響 聯(lián)氨是電廠當(dāng)中給水/冷凝系統(tǒng)的一種還原性添加劑。它是一種凈化劑（除氧劑），也用來維持蒸汽發(fā)生器（核電系統(tǒng)）和給水回路的還原性環(huán)境。聯(lián)氨是一種獨(dú)特的化學(xué)物質(zhì)，性質(zhì)活潑且不穩(wěn)定，與氧反應(yīng)生成氮?dú)夂退?。不與氧反應(yīng)的大多數(shù)

21、聯(lián)氨會熱分解為氨。u 除氧-聯(lián)氨與氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?N2H4+O2N2+2H2O u 在高溫下分解產(chǎn)生氨提高pH值： 2N2H42NH3+H2+N2三、三、FAC影響因素影響因素u當(dāng)聯(lián)氨濃度在150ppb以上范圍時，溶液的氧化/還原電位會大幅下降，導(dǎo)致溶解動力學(xué)下降，此時，聯(lián)氨濃度的提高，都會引起腐蝕速率下降。u聯(lián)氨濃度在0150ppb范圍內(nèi)時，腐蝕速率會隨其濃度增加而增大，溶液的氧化/還原電位（ORP）也隨之變的更負(fù)。在此濃度區(qū)間內(nèi)，電位的降低可以導(dǎo)致表層磁鐵礦相（Fe3O4）加速溶解，從而引起腐蝕速率上升。三、三、FAC影響因素影響因素其他微量雜質(zhì)的影響u亞鐵離子濃度 當(dāng)F

22、AC速度受傳質(zhì)過程控制時，其腐蝕速率表達(dá)如下： FACrate= 式中，k 是傳質(zhì)系數(shù)；Cs是水中氧化物/水界面的亞鐵離子濃度；C是主體溶液中亞鐵離子濃度。由公式可看出，增加可以降低或抑制FAC。在給定pH值下，如果水中亞鐵離子（Fe2）濃度大于磁體礦飽和溶解時的Fe2（Ceq），磁鐵礦會沉淀析出。這會使得氧化膜克服溶解的減薄作用，在水/氧化膜界面或氧化膜的孔隙內(nèi)生長增厚，從而引起FAC速率下降。)CC(kS三、三、FAC影響因素影響因素u氧的影響 研究表明，在溫度是50280范圍內(nèi)，當(dāng)溶解氧的濃度從1ppb增加到200ppb時，碳鋼在純水中的FAC速率會降低2個數(shù)量級。高溫時，在純水或堿性水

23、溶液中，二價鐵離子轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r鐵離子在極低的溶解氧濃度的條件下就能進(jìn)行。反應(yīng)方程如下： 在有氧環(huán)境下，赤鐵礦相（ Fe2O3）會在氧化膜/水界面以及氧化膜內(nèi)的孔隙中沉積和生長。另外，溶解氧會促進(jìn)氧化膜/水界面上的磁鐵礦相（Fe3O4）向赤鐵礦轉(zhuǎn)變。由于赤鐵礦的溶解度比磁鐵礦的小幾個數(shù)量級，所以FAC速率就因此而降低了。O2HOFeO21)OH(2Fe23222三、三、FAC影響因素影響因素 法瑪通的研究結(jié)果：溶解氧10 ppb時腐蝕嚴(yán)重，10-40 ppb腐蝕速率急劇下降。100ppb時，腐蝕速率可以忽略不計。三、三、FAC影響因素影響因素q3.3材料因素的影響 FAC主要發(fā)生在碳鋼和低合金鋼中

24、，主要原因在于其表面的氧化膜的性質(zhì)，氧化膜的穩(wěn)定性和溶解度受材料的化學(xué)成分和合金元素的含量控制。已經(jīng)確定的作用最大的合金元素是Cr。通常，合金的鉻含量為1就能使得流動加速腐蝕速率降到很低甚至可以忽略得程度。有證據(jù)表面，當(dāng)鉻含量很低甚至達(dá)到0.1時仍能極大程度上降低單相流體的流動加速腐蝕速率，作用機(jī)理是在金屬表面生成致密的氧化膜FeCr2O4，此氧化膜溶解度非常低，而且非常致密，可以阻止基體中Fe的擴(kuò)散。三、三、FAC影響因素影響因素EPRI和和EDF合作的合作的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)。CIRCOLOOP。三、三、FAC影響因素影響因素q3.3材料因素的影響另外，合金中銅和鉬的存在也能降低流動加速腐蝕速率。

25、其作用機(jī)理是隨著腐蝕的進(jìn)行，在金屬表面Fe3O4氧化膜中的縫隙中會生產(chǎn)單質(zhì)Cu和Mo，從而阻止了內(nèi)部Fe向外擴(kuò)散。三、三、FAC影響因素影響因素q4.1 FAC案例分析印度Kakrapar 核電廠蒸發(fā)器給水管線斷裂u2006年2月29日，印度Kakrapar 核電廠2號機(jī)組以155MWe 功率運(yùn)行，因4號蒸發(fā)器(SG 4)10流量再循環(huán)管線下游斷裂手動停堆。房間被200噸水淹沒。內(nèi)部照明面板、接線盒、流量及壓力變送器內(nèi)部潮濕。排水、干燥設(shè)備后進(jìn)行了設(shè)備的功能性試驗(yàn)。 四、四、FAC分析分析u管線斷裂的直接原因是流量孔板下游的FAC。事件后測量管段壁厚僅為1.1mm ，而正常值是7.6mm 。管

26、線外徑是80mm ，材質(zhì)是碳鋼。在正常運(yùn)行期間都要使用到10流量給水管線。在控制閥100 開度情況下，該管線的流量超過設(shè)計流量2至3倍。將控制閥開度調(diào)整到40，這種情況得到改善。u2004年檢查受影響管線時，發(fā)現(xiàn)該管段壁厚已經(jīng)減少至2.69mm。雖然更換了1、2、3號SG的減薄管線，卻遺漏了4號SG管線的更換。遺漏的原因歸咎于質(zhì)保部門與維修部門間缺乏溝通。事件后對855處可能存在FAC的部位進(jìn)行了檢查，共發(fā)現(xiàn)77處減薄嚴(yán)重。對這77處管線進(jìn)行了更換。 四、四、FAC分析分析管道信息：主給水系統(tǒng)，輸送10%的給水去SG。斷裂時已使用10年溫度:171，設(shè)計壓力：7.2 MPa，流速：2.33m/

27、S, 材質(zhì):A106B, 原始壁厚7.62mm四、四、FAC分析分析化學(xué)成分分析四、四、FAC分析分析四、四、FAC分析分析國內(nèi)某核電站小徑管嚴(yán)重減薄u2011年2號機(jī)組大修時，選取敏感管線實(shí)施檢測，其中4根管線直接割管，27根管線實(shí)施檢測計劃。檢測發(fā)現(xiàn)部分管線有明顯減薄趨勢，實(shí)施了割管更換并進(jìn)行減薄原因分析，直接原因是流量孔板下游的流體加速腐蝕。u主給水泵出口隔離閥到泵的進(jìn)水渦殼的連續(xù)保溫/暖泵管線在孔板下游靠近孔板位置壁厚發(fā)生了異常減薄，最薄處已從3.9mm減薄到1.7 mm 。四、四、FAC分析分析大修時發(fā)現(xiàn)壁厚嚴(yán)重減薄，及時的做了更換。大修時發(fā)現(xiàn)壁厚嚴(yán)重減薄，及時的做了更換。系統(tǒng)：主給

28、水系統(tǒng)系統(tǒng)：主給水系統(tǒng)位置：孔板后，彎頭前。位置：孔板后，彎頭前。名義外徑：名義外徑：26.7 mm，名義壁厚，名義壁厚3.9 mm。12外表面無任何異常外表面無任何異常四、四、FAC分析分析ABDC0204060801001.52.02.53.03.54.0CDBA壁 厚/mmFlow direction1CSSiMnPCrNiCuMo樣品0.140.0080.210.660.0210.100.0870.170.018標(biāo)準(zhǔn)0.30.0350.10.29-1.060.0350.40.30.40.15四、四、FAC分析分析15EDX1四、四、FAC分析分析1230501005001500氧化膜氧

29、化膜氧化膜溶解區(qū)氧化膜溶解區(qū)四、四、FAC分析分析未嚴(yán)重減薄區(qū)22四、四、FAC分析分析SEM四、四、FAC分析分析q4.2 FAC敏感系統(tǒng)管線 根據(jù)電廠設(shè)計，一些系統(tǒng)特別易FAC。在核電廠，易受FAC影響的系統(tǒng)可根據(jù)流體狀態(tài)、運(yùn)行時間、管線尺寸進(jìn)行分類。四、四、FAC分析分析按流態(tài)分類按流態(tài)分類u單相（水）系統(tǒng)：冷凝物質(zhì)和給水、輔助給水、加熱排水、濕氣分離排水、蒸汽發(fā)生器、再加熱器排水、其余排水；u雙相（水和蒸汽）系統(tǒng)：高低壓排出蒸汽管、冷凝器的防水板、密封管蒸汽系統(tǒng)、給水加熱器通風(fēng)裝置。uFAC也在層流條件下發(fā)生（管的底部是流體，頂部是蒸汽，比如自通風(fēng)系統(tǒng)）。四、四、FAC分析分析四、四、

30、FAC分析分析SINGLE PHASE WATERT W O P H A S E WATER按運(yùn)行時間分類按運(yùn)行時間分類u典型的有兩種：正常運(yùn)行系統(tǒng)比如給水，抽出和加熱器排水管路；備用和間斷運(yùn)行系統(tǒng)比如啟動線路、熱排水槽、應(yīng)急排水槽、通風(fēng)、蒸汽閥和旁路線路。u盡管認(rèn)為正常運(yùn)行的線路比間斷使用的線路更容易出現(xiàn)破壞，但實(shí)際情況下，間斷使用的線路運(yùn)行時情況非常嚴(yán)重，稀釋和破裂在很短的服役時間內(nèi)出現(xiàn)。例如，由于沖蝕引起的典型的性能劣化經(jīng)常發(fā)生在給水泵最小流量管線到冷凝器的部分。u另外，有些情況是線路按間斷使用設(shè)計，而實(shí)際上滿負(fù)荷運(yùn)行。例如，給水控制閥的旁路管線在啟動期間主閥不能精確控制時運(yùn)行正常；但在

31、一些情況下這些線路全負(fù)荷使用，由于高速作用，嚴(yán)重的FAC破壞可能發(fā)生。四、四、FAC分析分析按管線尺寸分類按管線尺寸分類u在電廠，管線一般分為粗管和細(xì)管，粗管尺寸大于2英寸（即大于50mm），細(xì)管尺寸小于等于2英寸（即小于50mm）。一般來說，流體環(huán)境在粗管線路比在細(xì)管線路好；在細(xì)管線路，經(jīng)常采用閥來控制流體。u故障在粗管和細(xì)管線路都發(fā)生。但粗管線路故障受到更多關(guān)注，因?yàn)樗o電廠造成損失和破壞的潛在危險性大。然而，細(xì)管線路故障會導(dǎo)致電廠停工，小管線不應(yīng)當(dāng)排除在檢查之外。但需要認(rèn)識到，與粗管道相比，細(xì)管道在周期性檢查和耐蝕合金替換方面存在不同的經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)。四、四、FAC分析分析q4.3 FAC敏

32、感部件彎頭與彎管的FAC區(qū)域四、四、FAC分析分析四、四、FAC分析分析q4.3 FAC敏感部件三通管的FAC區(qū)域四、四、FAC分析分析q4.3 FAC敏感部件孔板下游與變徑管的FAC區(qū)域q4.4 FAC事件原因分析uFAC監(jiān)督大綱不足監(jiān)督大綱不足 FAC 監(jiān)督大綱要求對所有腐蝕敏感部位進(jìn)行大量的檢查。Mihama 電廠3號機(jī)組管線斷裂的原因之一是承包商1990年制定的檢查清單的疏忽。電廠FAC人員無法確認(rèn)程序與大綱之間的一致性，而且從運(yùn)行開始到事件發(fā)生前也沒有對大綱的有效性進(jìn)行審查。在Kakrapar 電廠2號機(jī)組, 在其他系統(tǒng)類似管線被更換后，因部門之間缺少溝通在管線更換清單中遺漏了事故管

33、線，導(dǎo)致了該管線的斷裂。這些事例揭示了FAC監(jiān)督大綱執(zhí)行中存在的缺陷。在South Ukraine電廠2號機(jī)組，因過低估計了FAC磨損率而再三地推遲管線的檢查最終導(dǎo)致管線斷裂事故的發(fā)生。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在個別情況下因運(yùn)行和化學(xué)狀態(tài)的改變，F(xiàn)AC磨損率不再是一個定值。 四、四、FAC分析分析u運(yùn)行狀態(tài)或電廠配置變化的影響電廠配置變化如長期降功率運(yùn)行、閥門或汽水分離再熱器非正常運(yùn)行和電廠改造，都會增加給水加熱器外殼和管線的FAC磨損率。應(yīng)該分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)改變、電廠配置改變對FAC磨損率的潛在影響。除非通知到FAC大綱負(fù)責(zé)人員，F(xiàn)AC計算機(jī)模型中通常不會考慮這些變化。FAC監(jiān)督大綱的內(nèi)容應(yīng)該包括長期

34、降負(fù)荷在內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)改變、化學(xué)變化、功率提升、電廠配置變化等信息變更的頻率。相關(guān)部門間應(yīng)該建立明確的聯(lián)絡(luò)方式，特別是運(yùn)行、化學(xué)部門，以確保相關(guān)變更的影響能及時體現(xiàn)在所建立的模型中 。四、四、FAC分析分析u二次側(cè)壓力容器質(zhì)量降級因緩沖板受到?jīng)_擊低壓給水加熱器內(nèi)部出現(xiàn)FAC導(dǎo)致Smolensk 電廠3號機(jī)組低壓給水加熱器外殼破裂。由于成分是碳鋼加上給水化學(xué)控制不當(dāng)出現(xiàn)FAC，導(dǎo)致 Bruce電廠8號機(jī)組蒸汽發(fā)生器傳熱管支撐板喪失功能。必須審查二次側(cè)壓力容器的設(shè)計，確認(rèn)哪些部位需要使用FAC檢查技術(shù)診斷內(nèi)部部件的質(zhì)量降級。給水的化學(xué)控制以及材料的定期檢查對預(yù)防FAC是非常重要的。應(yīng)該制定壽期管理策

35、略連續(xù)檢查和監(jiān)測蒸發(fā)器內(nèi)部，并審查、優(yōu)化傳熱管和碳鋼部件部位的化學(xué)水質(zhì)管理。 四、四、FAC分析分析u軟件知識欠缺和模型不當(dāng)軟件知識欠缺和模型不當(dāng)在許多國家使用計算機(jī)模型預(yù)測FAC管壁減薄。在FAC軟件管理中出現(xiàn)了諸如數(shù)據(jù)輸入錯誤、軟件質(zhì)保不當(dāng)?shù)葐栴}。使用FAC軟件對小管徑管線進(jìn)行模型化取決于管線的連接方式。對套接焊縫，每一處焊接的預(yù)留縫隙是不同的，這將影響下游管線的磨損率（縫隙的尺寸影響流體擾動，進(jìn)而影響FAC）。在對小管徑管線建模時經(jīng)常發(fā)現(xiàn)缺少焊接縫隙的尺寸記錄。此外，無法獲得準(zhǔn)確的小管徑管線的熱力學(xué)參數(shù)。需要使用變通方法對小管徑管線模型的不準(zhǔn)確性進(jìn)行補(bǔ)償。部分電廠仔細(xì)審查腐蝕敏感區(qū)域已發(fā)

36、現(xiàn)更多的管壁減薄。在一些案例中，因軟件模型中沒有考慮焊縫以及局部化學(xué)影響而采用了通用數(shù)據(jù)，降低了軟件模型的準(zhǔn)確性。 四、四、FAC分析分析u承包商工作控制不足承包商工作控制不足執(zhí)行FAC大綱期間過分依賴承包商的檢查和監(jiān)督大綱存在一定的弊端。從1990年開始直到2004年8月發(fā)生管線斷裂事件前，Mihama 電廠3號機(jī)組二回路系統(tǒng)管線減薄的檢查管理程序均由承包商自行制定。程序中存在多處明顯的矛盾，包括遺漏破裂的管線，既沒有破裂的鑒別也沒有完全告知運(yùn)行公司。Mihama 3的管線斷裂說明電廠長期過分依賴承包商的監(jiān)督檢查大綱，將導(dǎo)致FAC大綱執(zhí)行過程中出現(xiàn)問題。電廠管理人員應(yīng)確保電廠人員充分參與承包

37、商的管線容器壁減薄檢查活動并給以足夠的監(jiān)督。此外，應(yīng)該向負(fù)責(zé)FAC的新承包商提供電廠歷史數(shù)據(jù)。應(yīng)該使FAC檢查的承包商、公司分享FAC相關(guān)事件的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。 四、四、FAC分析分析五、五、FAC有效管理有效管理q5.1管理要素 公司職責(zé)、分析、經(jīng)驗(yàn)、檢測、培訓(xùn)和工程評價、長期戰(zhàn)略是EPRI在總結(jié)核電站二回路管道流動加速腐蝕（FAC）經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出開展核電站FAC有效管理的六要素。公司職責(zé) 公司職責(zé)是開展FAC管理的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和構(gòu)建管理體系的保障。u提供足夠的資金支持以確保FAC管理計劃有效完成；u明確各個部門、機(jī)構(gòu)的職責(zé)和任務(wù)，保證項(xiàng)目人員有充足時間完成相應(yīng)工作； u確信項(xiàng)目人員有相應(yīng)技術(shù)能力

38、，確保后備人員；u確保各個部門之間有效的溝通與協(xié)調(diào)，數(shù)據(jù)和信息是關(guān)鍵。五、五、FAC有效管理有效管理u確保FAC運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的連續(xù)監(jiān)測和評估，并與相關(guān)部門分享； u減少項(xiàng)目人員流通，當(dāng)人員流通不可避免時確保信息的有效傳遞以保證電廠經(jīng)驗(yàn)的不丟失； u開發(fā)和執(zhí)行一個長期計劃以防止FAC速率的增加；u確保FAC管理計劃各個階段的有效執(zhí)行；u確保程序、分析、預(yù)測模型、管理文件為現(xiàn)行有效；u發(fā)展和維持一個健康穩(wěn)定的管理計劃。五、五、FAC有效管理有效管理分析u一個典型的核電站有許多管道部件可能遭受FAC腐蝕破壞，如果沒有一個合適的FAC分析、檢測計劃，以及檢測和維修的歷史數(shù)據(jù)，那就要在每次電站大修期間檢測每

39、個敏感部件以防止管道的泄漏和破裂。FAC分析的主要目標(biāo)是識別最敏感部件，從而盡量減少檢查的數(shù)量。試樣的尺寸在敏感性和模型及分析方法的準(zhǔn)確性起著重要作用，因此有限的試樣應(yīng)選擇FAC最敏感的部件。一些電廠已采用一種通過影響因素的等級分類來進(jìn)行敏感分析的簡單方法。然而，由于保守的需要，簡單分析仍然需要檢測大量部件。五、五、FAC有效管理有效管理u在每次換料大修期間，使用FAC簡單分析法的電廠能對大管道檢測300500個檢測位置（包括上流和下游）來確定電站和人員安全。經(jīng)驗(yàn)表明，直到所有敏感系統(tǒng)分析完全，所有高敏感部件被識別并一直被監(jiān)測以防止泄漏和破裂，人員安全才可得到保證。u分析方法應(yīng)利用電站部件檢測

40、數(shù)據(jù)來完善電站部件的修正因素。這些修正在電站數(shù)據(jù)里是不確定的，電站的運(yùn)行引起系統(tǒng)的差異。每次換料大修，有效的檢測適中數(shù)量為大約82個大管徑和20個額外小管徑的位置，利用檢測數(shù)據(jù)來預(yù)測減薄速率和減少敏感性。五、五、FAC有效管理有效管理u對于每個管道部件，在再檢查、修復(fù)和替代之前，分析方法應(yīng)用來預(yù)測FAC腐蝕速率和剩余壽命。分析模型也同樣用于設(shè)計研究。這些研究對于像水化學(xué)變化、材料變更、電站功率加大、設(shè)計更改、電站可能存在的各種限制和新設(shè)計等成本效益的評估很有效。分析模型也能用于發(fā)展長期檢測和修復(fù)/替代計劃。五、五、FAC有效管理有效管理運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的回顧與結(jié)合將對電站FAC的分析和相關(guān)檢

41、測提供有效的補(bǔ)充，具體如下：u識別一般電站檢測FAC存在區(qū)域；u理解類似部件的FAC區(qū)別（例如當(dāng)使用某些廠商生產(chǎn)的控制閥時，下游管道的FAC將更嚴(yán)重）；u理解非設(shè)計狀態(tài)系統(tǒng)的使用、電站功率加大、水化學(xué)改變等條件下FAC的不同；u分享FAC在成本、材料、合格供應(yīng)商、修復(fù)或者替代技術(shù)、檢測技術(shù)、新設(shè)備等方面的信息。五、五、FAC有效管理有效管理檢測 正確的檢測是有效FAC管理計劃的基礎(chǔ)。壁厚的測量將建立給定部件的減薄程度機(jī)制、提供用于幫助評估FAC傾向的數(shù)據(jù)和優(yōu)化預(yù)測模型的數(shù)據(jù)。完整的檢測是實(shí)現(xiàn)這些需求的關(guān)鍵，一些部件的完整檢測對FAC管理計劃遠(yuǎn)有益于大量部件的粗略檢測。用UT掃描大管徑部件來僅僅

42、確定最小壁厚是特別不推薦的，而應(yīng)該采用一種系統(tǒng)的方法來收集數(shù)據(jù)，這將有助于增加重現(xiàn)性和獲得正確結(jié)論。五、五、FAC有效管理有效管理培訓(xùn)和工程評價u對FAC管理人員和技術(shù)人員必須開展相應(yīng)的理論知識和工程實(shí)踐能力的培訓(xùn)，提高技術(shù)人員的專業(yè)技能和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)。另外，對于電站的操縱員、系統(tǒng)工程師、維修工程師、熱動工程師、檢測人員以及設(shè)計工程師等人員進(jìn)行必要的FAC理論知識培訓(xùn)，讓他們了解FAC對其工作的影響。u工程評價貫穿FAC整個過程，從建模到檢測數(shù)據(jù)評估，因此，參與FAC管理計劃的人員應(yīng)該了解運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)工程學(xué)原理（如機(jī)械工程和工程機(jī)械），F(xiàn)AC知識培訓(xùn)，接受來自于系統(tǒng)工程師、熱動人員、電站操縱員、

43、維護(hù)人員和水化學(xué)部門的參與。五、五、FAC有效管理有效管理 長期戰(zhàn)略 建立和執(zhí)行一個長期戰(zhàn)略是電站FAC管理計劃成功的關(guān)鍵。這個戰(zhàn)略應(yīng)該關(guān)注于減少FAC腐蝕速率和檢測最敏感位置，部件的監(jiān)測對阻止FAC失效是至關(guān)重要的。如果沒能有效減少FAC腐蝕速率，隨著電站運(yùn)行時間的增加，由于部件減薄的增加而將增加必須檢測的數(shù)量。另外，隨著電站運(yùn)行時間的增加，即使采取選擇性的修復(fù)和替代，出現(xiàn)泄漏和破裂的可能性還是會加大。 五、五、FAC有效管理有效管理 公司職責(zé)是開展FAC管理的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和構(gòu)建管理體系的保障、分析是FAC有效管理優(yōu)化和完善的手段、經(jīng)驗(yàn)是FAC有效管理的借鑒和補(bǔ)充、檢測是FAC數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)、培

44、訓(xùn)和工程評價是FAC管理的技術(shù)補(bǔ)充和深化、長期戰(zhàn)略是FAC有效管理成功的關(guān)鍵，六要素相輔相成，缺一不可，構(gòu)成核電站FAC有效管理的完整體系。 五、五、FAC有效管理有效管理q5.2管理體系文件五、五、FAC有效管理有效管理五、五、FAC有效管理有效管理q5.3管理過程q5.3管理過程編制FAC管理導(dǎo)則建立FAC管理各階段程序文件篩選FAC敏感系統(tǒng)和部件制定FAC檢測計劃及實(shí)施管理和評價FAC檢測數(shù)據(jù)有計劃開展FAC敏感部件的維修和更換進(jìn)行FAC管理長期預(yù)防管理策略研究五、五、FAC有效管理有效管理編制FAC管理導(dǎo)則uFAC定義及影響因素uFAC管理體系建立的框架uFAC管理體系建立的要素uFAC管理建立的步驟 FAC各階段程序文件 FAC敏感設(shè)備的篩選原則 FAC檢測計劃及實(shí)施 FAC檢測數(shù)據(jù)評價 FAC維修更換 FAC長期策略五