為什么核電站冷卻水系統采用雙相不銹鋼管道?而不是別的特殊鋼材鋼管?

核(he)(he)電(dian)廠(chang)安(an)全(quan)運行的(de)(de)(de)關鍵因素是冷(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)管(guan)道系(xi)(xi)統(tong)(tong)。這個復雜的(de)(de)(de)系(xi)(xi)統(tong)(tong)包(bao)含(han)數千英尺(chi)的(de)(de)(de)管(guan)道,直(zhi)徑從大到小不等,其功能是為核(he)(he)電(dian)站設(she)備的(de)(de)(de)冷(leng)卻(que)(que)提(ti)供(gong)可靠的(de)(de)(de)供(gong)水(shui)(shui)。通常(chang)有一個非安(an)全(quan)級(ji)(ji)操作系(xi)(xi)統(tong)(tong)和(he)一個安(an)全(quan)級(ji)(ji)緊(jin)急(ji)系(xi)(xi)統(tong)(tong)。非安(an)全(quan)級(ji)(ji)管(guan)道系(xi)(xi)統(tong)(tong)必須(xu)(xu)提(ti)供(gong)足夠的(de)(de)(de)冷(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)來(lai)進行核(he)(he)電(dian)設(she)備的(de)(de)(de)正常(chang)冷(leng)卻(que)(que)。而安(an)全(quan)級(ji)(ji)系(xi)(xi)統(tong)(tong)必須(xu)(xu)在(zai)緊(jin)急(ji)情況下,提(ti)供(gong)足夠的(de)(de)(de)冷(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)使(shi)反(fan)應堆(dui)處于受(shou)控(kong)狀態并將(jiang)其安(an)全(quan)關閉。上(shang)述(shu)這些系(xi)(xi)統(tong)(tong)所使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)管(guan)道材料,必須(xu)(xu)在(zai)設(she)備的(de)(de)(de)整(zheng)個使(shi)用(yong)壽(shou)命期都能抗冷(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕。

根據核電站位置(zhi)的不(bu)同,冷卻水(shui)的種類從相(xiang)對干凈的淡水(shui)到被(bei)污染的海水(shui)。因(yin)此,管(guan)道材料的腐蝕(shi)程(cheng)度(du)差別很(hen)大。經驗表明,隨著系統的老(lao)化,可能會出現各種腐蝕(shi)問題,如果不(bu)加以解決,會對系統造成損害,阻礙其提供(gong)所需的冷卻水(shui)。

當冷卻水管道出現問(wen)題(ti)時,通常涉及材料及其與冷卻水的(de)相(xiang)互作用(yong)。系統(tong)結(jie)垢(gou)(堵塞)和(he)(he)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)造成(cheng)的(de)滲漏(lou)是最常見的(de)問(wen)題(ti)。以下情況常常會(hui)導(dao)致(zhi)結(jie)垢(gou):沉(chen)積物(wu)聚(ju)積,海洋(yang)生(sheng)(sheng)物(wu)附著(生(sheng)(sheng)物(wu)污損),腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)產物(wu)積聚(ju)以及異(yi)物(wu)的(de)堵塞。滲漏(lou)問(wen)題(ti)通常是由于微生(sheng)(sheng)物(wu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(MIC)所導(dao)致(zhi)。MIC是一(yi)種侵(qin)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性很強(qiang)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)形式,由水中的(de)某些微生(sheng)(sheng)物(wu)引起(qi)。碳鋼(gang)和(he)(he)低(di)合金化不銹鋼(gang)經常發生(sheng)(sheng)這種形式的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。

碳(tan)鋼管道內部的結(jie)垢/生(sheng)物(wu)污損,是供水管道的典型問題

在北美運營的(de)大(da)多數核電站過去都采用(yong)碳鋼(gang)管道(dao)系統,有時用(yong)水泥或(huo)橡膠涂覆或(huo)做(zuo)襯里。由于存(cun)在可靠性(xing)的(de)問題(ti),必(bi)須持續(xu)監控,并且維護成本很高。因此,許多機組已經(jing)用(yong)更耐腐(fu)蝕(shi)的(de)材(cai)料(liao)替換了碳鋼(gang)管道(dao)。為滿足新(xin)核電站60年(nian)以上(shang)的(de)設計壽命,將考慮使用(yong)性(xing)能更好的(de)材(cai)料(liao)。

不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)一直被(bei)認為是建造新的供水管(guan)道(dao)系統以(yi)及維(wei)修或更換現有碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)系統的可行方案。管(guan)道(dao)升級方案中常用的不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)為304L、316L或6%Mo不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。而316L和6%Mo不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)兩者(zhe)性(xing)能和價格差距(ju)較(jiao)大。如果冷卻介質是未經處理的水,腐(fu)蝕(shi)性(xing)較(jiao)強且有微生物腐(fu)蝕(shi)的風險,則304L和316L并非(fei)適當的選擇。因此(ci),核(he)(he)電站不(bu)(bu)得不(bu)(bu)升級為6%Mo不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)或接受碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)系統高昂(ang)的維(wei)護(hu)成(cheng)本。一些(xie)核(he)(he)電站仍然使(shi)用碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)襯(chen)里管(guan)道(dao),因為初始成(cheng)本較(jiao)低。

根據ASTM A240,工業供水管道系統常用不銹鋼的化學成分范圍(重量%)

杜克電力公司(si)位于美(mei)國南(nan)卡羅來納州的(de)卡托巴核(he)電站是第一家在其(qi)系統(tong)中使用2205(UNS S32205)雙相不銹鋼的(de)核(he)電站。該牌號(hao)含有約3.2%的(de)鉬(mu),耐腐蝕性(xing)能提(ti)高,并且耐微生物腐蝕的(de)性(xing)能顯著(zhu)優(you)于304L和(he)316L不銹鋼。將補(bu)給水輸(shu)送到主冷凝器(qi)冷卻塔的(de)管(guan)道系統(tong),其(qi)地上部分(fen)的(de)碳鋼襯(chen)里(li)管(guan)道被(bei)更換(huan)為2205雙相不銹鋼管(guan)道。

新更(geng)換的2205雙相(xiang)不(bu)銹鋼管(guan)道安(an)裝(zhuang)于2002年。管(guan)道長度(du)60米(mi),直徑為(wei)76.2厘(li)米(mi)和91.4厘(li)米(mi),管(guan)道壁厚(hou)為(wei)0.95厘(li)米(mi)。該(gai)系(xi)(xi)統按(an)照ASME B31.1 動(dong)力管(guan)道規范(fan)案例153建造。該(gai)規范(fan)是電廠(chang)管(guan)道系(xi)(xi)統安(an)全使用的管(guan)理規范(fan)之一,在世(shi)界上被(bei)廣泛使用。

卡托巴核電站(zhan)安裝的(de)大口徑2205雙相不銹鋼管道

在(zai)管道(dao)使用(yong)500天后,對(dui)系統進行了徹底檢(jian)查。檢(jian)查中發現(xian)(xian)沒有結垢或(huo)腐(fu)蝕跡象,2205雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼性能表現(xian)(xian)非(fei)常好。自(zi)安裝(zhuang)以來的十多年時間里,2205不(bu)銹(xiu)鋼管道(dao)一直表現(xian)(xian)良好。基于這種經(jing)驗(yan),杜(du)克電力公司已在(zai)其系統的其他部(bu)分使用(yong)2205雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼管道(dao)。

使用500天后,2205管(guan)道的內部。去除(chu)表面污漬后,沒有發現焊縫的腐(fu)蝕

現(xian)在,核(he)電站供水(shui)(shui)系(xi)統的(de)設計人(ren)員在選(xuan)擇耐(nai)腐蝕(shi)性冷(leng)卻(que)水(shui)(shui)的(de)管(guan)道材料時,又多了(le)一個選(xuan)擇。2205雙相(xiang)不(bu)銹鋼的(de)成(cheng)(cheng)功(gong)應用,可降低維護(hu)成(cheng)(cheng)本(ben),減(jian)少(shao)停(ting)機時間并確(que)保核(he)電站的(de)運行安全。

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