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?

核電廠安全運行的關鍵因素是冷卻水管道系統。這個復雜的系統包含數千英尺的管道,直徑從大到小不等,其功能是為核電站設備的冷卻提供可靠的供水。通常有一個非安全級操作系統和一個安全級緊急系統。非安全級管道系統必須提供足夠的冷卻水來進行核電設備的正常冷卻。而安全級系統必須在緊急情況下,提供足夠的冷卻水使反應堆處于受控狀態并將其安全關閉。上述這些系統所使用的管道材料,必須在設備的整個使用壽命期都能抗冷卻水的腐蝕。

根據核電站位置的不同,冷卻水的種類從相對干凈的淡水到被污染的海水。因此,管道材料的腐蝕程度差別很大。經驗表明,隨著系統的老化,可能會出現各種腐蝕問題,如果不加以解決,會對系統造成損害,阻礙其提供所需的冷卻水。

當冷卻水管道出現問題時,通常涉及材料及其與冷卻水的相互作用。系統結垢(堵塞)和腐蝕造成的滲漏是最常見的問題。以下情況常常會導致結垢:沉積物聚積,海洋生物附著(生物污損),腐蝕產物積聚以及異物的堵塞。滲漏問題通常是由于微生物腐蝕(MIC)所導致。MIC是一種侵蝕性很強的腐蝕形式,由水中的某些微生物引起。碳鋼和低合金化不銹鋼經常發生這種形式的腐蝕。

碳鋼管道內部的結垢/生物污損,是供水管道的典型問題

在北美運營的大多數核電站過去都采用碳鋼管道系統,有時用水泥或橡膠涂覆或做襯里。由于存在可靠性的問題,必須持續監控,并且維護成本很高。因此,許多機組已經用更耐腐蝕的材料替換了碳鋼管道。為滿足新核電站60年以上的設計壽命,將考慮使用性能更好的材料。

不銹鋼一直被認為是建造新的供水管道系統以及維修或更換現有碳鋼系統的可行方案。管道升級方案中常用的不銹鋼為304L、316L或6%Mo不銹鋼。而316L和6%Mo不銹鋼兩者性能和價格差距較大。如果冷卻介質是未經處理的水,腐蝕性較強且有微生物腐蝕的風險,則304L和316L并非適當的選擇。因此,核電站不得不升級為6%Mo不銹鋼或接受碳鋼系統高昂的維護成本。一些核電站仍然使用碳鋼襯里管道,因為初始成本較低。

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%)

杜克電力公司位于美國南卡羅來納州的卡托巴核電站是第一家在其系統中使用2205(UNS S32205)雙相不銹鋼的核電站。該牌號含有約3.2%的鉬,耐腐蝕性能提高,并且耐微生物腐蝕的性能顯著優于304L和316L不銹鋼。將補給水輸送到主冷凝器冷卻塔的管道系統,其地上部分的碳鋼襯里管道被更換為2205雙相不銹鋼管道。

新更換的2205雙相不銹鋼管道安裝于2002年。管道長度60米,直徑為76.2厘米和91.4厘米,管道壁厚為0.95厘米。該系統按照ASME B31.1 動力管道規范案例153建造。該規范是電廠管道系統安全使用的管理規范之一,在世界上被廣泛使用。

卡托巴核電站安裝的大口徑2205雙相不銹鋼管道

在管道使用500天后,對系統進行了徹底檢查。檢查中發現沒有結垢或腐蝕跡象,2205雙相不銹鋼性能表現非常好。自安裝以來的十多年時間里,2205不銹鋼管道一直表現良好?；谶@種經驗,杜克電力公司已在其系統的其他部分使用2205雙相不銹鋼管道。

使用500天后,2205管道的內部。去除表面污漬后,沒有發現焊縫的腐蝕

現在,核電站供水系統的設計人員在選擇耐腐蝕性冷卻水的管道材料時,又多了一個選擇。2205雙相不銹鋼的成功應用,可降低維護成本,減少停機時間并確保核電站的運行安全。

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