凝汽器是大型汽轮机循环设备中的重要环节。其中的冷凝管起到将蒸汽凝结成水的作用,是凝汽器中的核心部件。冷凝管一旦发生破损将导致冷却水泄露并污染循环水,从而会对整个系统的正常运行造成严重影响。因此冷凝管的选材质量决定了凝汽器的安全可靠性与使用寿命。工业纯钛作为冷凝管最常用的材料,具有良好的力学性能与耐蚀性能。在复杂运行工况下,纯钛材料仍有可能发生磨损、腐蚀等常见的材料失效现象,引发冷凝管破损并导致冷却水泄露并污染循环水,由此对凝汽器的正常运行带来安全隐患。秦山三期两座重水堆核电机组的钛管凝汽器,原计划服役寿命为20年,但仅使用8年左右,钛管就发生了严重的磨损减薄现象。若不找到这一过早失效的真正起因,并采取有效的防护措施,最终必将导致钛管泄漏,不但经济损失巨大,甚至有可能引发重大安全事故。为此,本文综合运用失效分析的基础理论与表征分析方法,从以下两方面对秦山三期核电机组凝汽器钛管的这一失效现象进行研究。首先,采用化学成分分析、金相组织观察、力学性能测试等手段对取得的在役钛管进行了检验,并对常温拉伸断口进行了微观形貌观察。结果表明,所用的工业纯钛管组织结构与各项性能均符合相应的标准要求,材质评定合格,因此失效原因主要来自于外界作用而非材质问题。其次,对发生异常减薄的冷凝管进行现场调查与取样。由于减薄管表面磨损区的位置与形貌均存在明显的差异,因此采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS),以及三维体式显微镜(3D-OM)等仪器,对磨损面进行了形貌观察与成分分析；同时,对钛管表面沉积物收集后进行了热重分析(TGA)、红外光谱分析(FTIR)与X射线衍射分析(XRD)。结果表明,钛管管壁减薄的主要原因是由于镗孔本身加工不良、加之支撑钢板表面的锈蚀物进入导致的接触磨损。此外存在异物颗粒造成三体接触磨损,开机时热应力作用等因素,最终导致管壁异常减薄。此外,在现场调研时还发现了少量的点蚀钛管。取样后经SEM、EDS、3D-OM等分析,并结合实际运行工况后确认,这是由于旁排蒸汽作用下发生的气蚀效应所引起的。综上分析可知,凝汽器钛管发生过早失效的主要原因是由于镗孔加工不良、支撑板表面锈蚀物流挂、异物颗粒混入、开机温度梯度热效应、旁排蒸汽影响等几方面的交互作用引起的。针对这一分析结果,提出了相应的一系列解决措施,例如镗孔检测打磨、清理支撑板表面锈蚀物等。经采纳了这一快速、简单、有效的失效分析方法及预防措施后,防止了失效的再次发生,减少了经济损失,确保了凝汽器的安全可靠运行。