张加军;郑丽馨;刘英伟;杨森垓;吴彦农;胡江
微型麦克风
【摘 要】Degradation of tube of steam generator will affect the integrity of primary loop ,after analysis the degradation model of tube ,and introduction of nondestructive testing technology application for in -serv-ice tube and steam generator tube life estimates ,take the corresponding protective measures per the cause of degradation of the tube ,to ensure safe operation of the tube of the steam .%核电厂蒸汽发生器传热管的降质将影响到核电厂一回路边界的完整性。通过对蒸汽发生器传热管的降质模式进行分析，并对在役传热管无损检测技术应用以及寿命预测的介绍，从而针对产生的传热管降质的原因，采取相应的防护措施，确保蒸汽发生器传热管的安全运行。
床身【期刊名称】《压力容器》
【年(卷),期】2013(000)012
【总页数】7页(P57-63)
【关键词】核电厂;蒸汽发生器;传热管;降质模式
【作 者】张加军;郑丽馨;刘英伟;杨森垓;吴彦农;胡江
电火花打点计时器【作者单位】人工挖孔桩机械环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082;环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082;环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082;环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082;环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082;环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082
【正文语种】中 文
【中图分类】TH49;TQ053.5;TB304
1 核电厂蒸汽发生器传热管介绍
核电厂蒸汽发生器是核电厂一、二回路的枢纽，主要用来将一回路冷却剂中的热量传递给二回路给水，使之产生蒸汽驱动汽轮机发电，蒸汽发生器的传热管是一、二回路介质的交界面，交界面的破损将会造成放射性物质泄漏，对核电厂的安全构成威胁。
最初大多数压水堆中使用的传热管采用镍基合金Inconel 600;德国西门子公司设计的蒸汽发生器传热管采用的是Inconel 800M合金;西屋、法马通、西门子、巴威以及三菱重工等公司，采用耐高温性能较好的合金制造、可更换的蒸汽发生器传热管，这类材料在后来的压水堆蒸汽发生器传热管使用较为普遍。试验研究和实际运行经验均表明，Inconel 690抗应力腐蚀开裂的性能明显比Inconel 600要好。 几种压水堆蒸汽发生器传热管所用材料的化学成分见表 1［1］。
表1 典型传热管材料的化学成分 %合金Ni Cr Fe C Mn Si Cu Al Co Ti S Inconel 600 ≥72 14～17 6～10 ≤0.15 ≤1.0 ≤0.5 ≤0.5 — — — ≤0.015 Inconel 690 ≥58 28～31 7～11 0.015～0.025 ≤0.5 ≤0.5 — ≤0.5 ≤0.02 ≤0.5 ≤0.01 Inconel 800M 32 ～35 20 ～23 ≥39.5 ≤0.03 0.4 ～1.0 0.3 ～0.7 ≤0.75 0.15 ～0.45 ≤0.1 ≤0.6—
2 传热管降质模式
目前，已知的压水堆核电厂蒸汽发生器传热管的降质类型主要有:一回路应力腐蚀开裂(PWSCC);二回路应力腐蚀开裂(二回路应力腐蚀开裂)、微振磨损、凹痕、高周疲劳和耗蚀等，这些传热管降质类型的位置分布见图1［2］。
65mn冷轧钢带
图1 压水堆核电厂蒸汽发生器传热管降质位置示意
2.1 一回路应力腐蚀开裂
早在1959年，法国原子能委员会Sacaly研究中心的专家CORIOU H在实验室中首次发现了Inconel 600合金的一回路应力腐蚀开裂现象［2］。研究发现，奥氏体合金的腐蚀行为主要取决于镍和铬的成分，奥氏体不锈钢在含有15%以下的镍时，在与含有1 g/L氯的水接触，就容易受到应力腐蚀开裂的影响。在高温、低氧和5.5 m/s流速含硼水条件下，奥氏体合金材料中的铬含量会因受腐蚀而减少，使材料耐腐蚀的能力受到影响，一回路应力腐蚀开裂发生在循环式蒸汽发生器传热管内部有较大残余应力处，这些位置主要是在管束的胀接过渡段(传热管的胀接工艺要求技术水平较高［3］)、内排的U形区、传热管支撑板、管板的凹痕处或杂质堆积处。
2.2 二回路应力腐蚀开裂
二回路应力腐蚀开裂这一种降质，主要包括:晶间应力腐蚀开裂(IGSCC)和晶间腐蚀(IGA)，最早发现合金Inconel 600传热管二次侧的二回路应力腐蚀开裂是在20世纪70年代早期，后
来二回路应力腐蚀开裂就成为比较普遍的腐蚀问题。大多数这类降质主要发生在二次侧传热管外表面、传热管与管板之间以及传热管与支撑板之间，当然也有在杂质堆积区和自由跨度段发生二回路应力腐蚀开裂的案例。
二回路应力腐蚀开裂主要取决于杂质腐蚀物的浓度。由于冷凝器泄漏、补水系统杂质、管道和换热器腐蚀以及除盐装置泄漏，会导致低浓度杂质进入到给水系统。在某些情况下，水中含有磷酸盐，将会使传热管有发生腐蚀的风险。通过分析预测，晶间腐蚀似乎在二回路碱性环境更易发生，并且注意到晶间腐蚀和晶间应力腐蚀开裂出现在传热管相邻的地方，晶间腐蚀分布比晶间应力腐蚀开裂分布更加广泛。一般，根据运行核电厂的经验，在经过2～10个有效满功率年的运行后，在蒸汽发生器高温或者高腐蚀剂的地方可能会存在晶间腐蚀/晶间应力腐蚀开裂。
各种阴离子的存在将会影响到腐蚀行为。碳酸盐、硫酸盐和部分磷酸盐对传热管外壁是有害的，会产生晶间腐蚀和晶间应力腐蚀开裂，影响深度取决于此时的电化学势值;Inconel 600合金传热管的电化电势值取决于在运行时二回路水质的成分。当氧进入蒸汽发生器后，发生晶间应力腐蚀开裂的风险将加大;由于这个原因，杂质的成分，尤其氧化物的存在与否将是是否有晶间腐蚀或者晶间应力腐蚀开裂或者两者都发生的决定因素。
2.3 微振磨损
由于传热管的振动，造成传热管与支撑间的间歇接触磨损，一般称为微振磨损，产生微振磨损的主要原因是流致振动［4－5］。正常运行工况下，传热管束振动状态是由流体弹性激振和紊流扰动组合而成的。美国电力研究所(EPRI)已经开发了一种计算机模型，用于预测流致振动引起的微振磨蚀和磨损，该模型能计算局部湍流，从而能确定防振条附近和传热管束外围的非稳态流，以提供产生冲击载荷的时间。
当传热管发生轻微的磨损时，传热管的疲劳强度就会减弱。由于传热管支撑之间的距离过小，没有足够的空间激发传热管的高振幅的振动，在大多数情况下，疲劳强度的减弱都可能对磨损过程或早期疲劳裂纹的形成有促进作用。
2.4 凹痕和点蚀等离子体处理
由于腐蚀电池，促进了氯化物或硫酸盐的出现，使得传热管壁厚较薄的地方出现点蚀降质;传热管的壁厚在严重事故工况下诱发SGTR的影响［6］也是重点分析的一项。冷凝器泄漏以及离子交换器的金属颗粒、树脂碎片或化学物质的泄露，可能引入氯化物或硫酸盐等杂
质，会导致产生酸性环境，从而引发点蚀，在有氧情况或者铜的存在可起到加速形成点蚀。在核电厂换热器的传热管发生的点蚀则主要是因为流体介质中氯离子的原因造成［7］。
凹痕腐蚀通常出现在钝化了的Inconel 600合金表面最薄弱处，这些薄弱的地方主要可能是金属的局部冷加工，或有金属碳化物、硫化物或其他二次相颗粒存在的地方。凹痕的主要特点是几何上的切口和凹痕里面一般都有腐蚀物质，例如:氧化铬、硫化物和铜等。凹痕主要描述传热管与支撑板接触处或传热管在管板内部接触处的收缩或机械变形，其原因是在传热管与支撑板或管板之间的环形区域内，沉积物累积和腐蚀产物的增加，在有些电厂凹痕较严重时，将可能对传热管支撑结构造成损坏。有凹痕的传热管在长期的运行中可能会遭受一回路应力腐蚀开裂或晶间应力腐蚀开裂的影响，这种有凹痕的传热管在其支撑板的顶部U形区域更容易受到高周疲劳的影响。
与一回路应力腐蚀开裂或晶间应力腐蚀开裂机理相反，在每次检查时，凹痕并不是在一个运行循环时间内形成，而是随着受影响传热管数量的增加而逐渐形成的。凹痕发生时，它通常会几乎同时影响大量的传热管(在适当的化学条件下，产生凹痕所需的时间是很短的)。
大多数出现过凹痕的电厂，一旦发现凹痕，就会立即采取一种或多种补救措施，这些补救措施通常可以十分有效地阻止凹痕的产生和进一步扩展。
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