碱化剂对核电厂二回路管道材料流动加速腐蚀的影响研究

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在压水堆核电站二回路系统的水质环境中,碳钢管线容易发生流动加速腐蚀(flow accelerated corrosion, FAC),导致管道的破裂以及过流部件的失效,造成经济损失、人员伤亡和社会影响,威胁核电厂的安全可靠运行。国内压水堆核电站二回路系统水化学处理方式通常采用氨加联氨的还原性全挥发处理,然而由于氨的挥发系数高,在汽液两相区域中,液相中的氨含量明显偏少,pH值明显偏低,容易引起碳钢的流动加速腐蚀。因此,在新核电厂的设计中开始考虑用挥发系数较低的碱化剂来取代氨,其中乙醇胺是效果比较好的一种。本文利用自主设计的一套流动加速腐蚀装置,模拟压水堆核电厂二回路供水系统工况(150oC、3MPa、pH值9.5、流速9m/s),测试乙醇胺作为碱化剂对两种核电厂二回路系统管道常用的碳钢材料A106GrB和A672GrB60流动加速腐蚀的影响,与加氨工况进行比较;同时研究基于直流电压变化在线测量碳钢管壁减薄速率的方法的可行性。实验结果表明,用乙醇胺取代氨水后,A106GrB和A672GrB60两种材料的腐蚀速率都明显降低,分别从0.103mm/a、0.107mm/a降至0.013mm/a、0.015mm/a。另外,从A106GrB和A672GrB60的元素成分来分析,由于A672GrB60中的Cr含量略高于A106GrB,其表面生成的氧化膜结构应更为致密,对基体金属的保护性要更好,因而其抗流动加速腐蚀性能也要比A106GrB好;然而由于实验所用A672GrB60中夹杂物含量较高,实验结果中并未体现出明显差别。通过实验验证了基于直流电压变化在线测量碳钢管壁减薄速率的方法是切实可行的,但有待进一步地完善。随后本文用FLUENT软件对流动加速腐蚀进行了数值模拟,通过求解传质系数和Fe3O4的溶解度得到不同温度、流速和pH值(加氨调节)下的FAC速率,结果表明在温度低于150oC时,FAC速率随温度和流速的升高而升高,随pH值的升高而降低。同时,对实验中加氨工况下碳钢的流动加速腐蚀过程进行了模拟,得出其腐蚀速率为0.0672mm/a,将此结果与实验结果相对比,提出一个修正因子k,以使模拟结果更接近实际值。最后,本文还对不同孔径下孔板下游直管段的流动进行了简单模拟,发现剪切应力和湍流动能的峰值都出现在孔板下游2倍管径以内,此为易发生FAC的危险区域,应在核电站大修期间重点检查;相同管径下,孔径越小,其下游的剪切应力和湍流动能峰值越大且极大值点离孔板越远。
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