某核电厂发电机定子水冷却器盲板缝隙腐蚀原因分析及解决措施

2024-03-06赵卫东吴昉赟邓彦礼刘洪群

全面腐蚀控制 2024年1期

赵卫东吴昉赟邓彦礼刘洪群江锋

（1.中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300；2.苏州热工研究院有限公司，江苏苏州215004）

0 引言

某核电厂发电机定子水冷却器是发电机组中重要的冷却系统之一，其主要作用是将发电机产生的热量散发到外部环境中，以保证设备的正常运行。然而，近年来，在电厂常规大修期间，对发电机定子水冷却器腐蚀检查时发现，该设备与手孔连接的盲板上，出现了较为严重的腐蚀情况，极大程度上影响了设备的安全运行和服役寿命[1]。因此，本文对该设备出现的腐蚀问题进行了深入的原因分析，并针对其腐蚀出现的根本原因，提出了能够有效解决该腐蚀问题的实施措施。

1 原因分析

1.1 盲板腐蚀形貌分析

该核电厂发电机定子水冷却器的盲板为304不锈钢材质，盲板未做防腐层。根据腐蚀检查人员的腐蚀检查发现，发电机定子水冷却器盲板密封面边缘处存在不同程度的腐蚀，经过仪器测量，腐蚀深度已经达到了2.1mm，相对腐蚀较为严重的地方，腐蚀减薄厚度已经接近3mm，不仅如此，在实际腐蚀检查中，还发现盲板内表面存在大约4×（1～2）mm2面积的腐蚀缺肉现象。现场腐蚀特征如图1～图3所示。根据盲板的腐蚀形貌图可知，该盲板的腐蚀形式为缝隙腐蚀。

图1 盲板腐蚀形貌图

图2 盲板腐蚀减薄厚度测量图

1.2 不锈钢盲板缝隙腐蚀机理

不锈钢缝隙腐蚀的机理主要是由于缝隙处的氯离子、硫酸根离子等有害离子的聚集，加上局部缺氧，缝隙处出现了不稳定区域，从而形成了微偏差电池，使缝隙处出现了极化区域。在极化区域下，各种离子和气体分子交替聚集、催化，钢表面膜层处在一种高度危险的态势下。在不锈钢缝隙腐蚀发生初期，阳极区出现氧化过程，阴极区出现还原过程。当缝隙内溶液中的溶解氧完全消耗掉而得不到补充时，缝隙内的不锈钢钝化膜就开始发生还原性溶解，导致腐蚀产物金属盐逐渐浓缩，使得缝隙内的pH值发生下降，在氯离子等有害离子和低pH值共同作用，金属表面活化，大阴极小阳极形成，加速了缝隙腐蚀，腐蚀进入发展阶段，当pH值下降到一定值时，缝隙内不锈钢的钝化膜就会发生大面积的还原性破坏，从而产生缝隙腐蚀。腐蚀产物会不断滞留并升级发展，最终导致不锈钢盲板减薄、穿孔和失效。

1.3 盲板耐蚀性能分析

不锈钢盲板在海水环境下的耐蚀性能与不锈钢的化学成分之间存在着密不可分的关系。应用相关研究提出的不锈钢耐蚀性能与化学成分间的计算关系式，将计算公式的结果作为评估不锈钢耐腐蚀性能的值，该评估值被称为耐蚀当量（PREN，Pitting Resistance Equivalent Number）[2]，耐蚀当量是评估不锈钢耐腐蚀能力的重要指标之一，不锈钢的耐蚀当量是由其化学成分中所含的铬、钼和氮含量计算出来的。腐蚀当量的大小说明了材料对于腐蚀介质的耐受能力，其计算公式为：

Pitting EQ=[%Cr]+3.3×[%Mo]+ 16×[%N]

其中Cr、Mo和N分别表示化学成分中的铬、钼和氮的百分比含量。

根据304不锈钢的标准化学成分[3]进行计算，盲板的最大耐蚀当量为21.6。虽然在某些环境下具有一定的耐腐蚀性能，但在海水环境下PRE值过低。黄桂松等[4]对不锈钢在海水环境下的腐蚀行为的研究中发现，当PRE小于25时不锈钢极易发生点蚀和缝隙腐蚀。PRE大于40的不锈钢有好的耐海水腐蚀性。一般来说，PRE值越高，不锈钢在腐蚀环境下的耐蚀性能就越好，可以在更恶劣的环境中长期保持良好的耐蚀性能。因此，盲板虽然具有一定的耐蚀性能，但是在海水这种相对较高的腐蚀环境下，依旧会腐蚀损坏。如果盲板长期处于海水环境中服役，就会出现局部蚀坑、缺口等缺陷。

2 解决措施及建议

盲板表面防腐蚀处理：为了进一步提高发电机定子水冷却器不锈钢盲板的耐腐蚀性能，可以选择使用高质量的耐腐蚀涂料进行涂装处理，或者在不锈钢盲板表面添加适合的衬垫层，以达到更好的防腐蚀效果。这样能够有效延长不锈钢盲板的使用寿命，减少维修和更换的频率，提高整个系统工作的可靠性和安全性。如图4所示，在以往的案例中，盲板做了防腐层状态良好。或者考虑成本因素，选择成本相对较低的碳钢材料加衬胶层的方式避免腐蚀发生。