對(duì)大亞灣及嶺澳核電站所有的旁路給水隔離閥進(jìn)行解體檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流環(huán)均存在不同程度的缺損。對(duì)缺損的導(dǎo)流環(huán)進(jìn)行宏觀形貌、化學(xué)成分、金相、掃描電鏡、流體力學(xué)模擬等分析。結(jié)果表明，導(dǎo)流環(huán)的介質(zhì)流速超出廠家要求限值從而使導(dǎo)流環(huán)發(fā)生流體加速腐蝕和空泡腐蝕。根據(jù)導(dǎo)流環(huán)缺損原因，提出了相應(yīng)的糾正措施。

1、引言

　　核電廠給水系統(tǒng)(ARE)的功能是向蒸汽發(fā)生器(SG)提供給水。大亞灣及嶺澳核電站的每臺(tái)SG的給水管線上都設(shè)有給水調(diào)節(jié)站，每個(gè)給水調(diào)節(jié)站由1個(gè)主給水調(diào)節(jié)閥(031/032/033VL)和1個(gè)旁路調(diào)節(jié)閥(242/243/244VL)組成，在各調(diào)節(jié)閥的兩側(cè)都設(shè)有電動(dòng)隔離閥(051~062VL)。給水管線隔離閥主要用于機(jī)組啟-停過程中主、旁路給水管線的隔離。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，旁路給水調(diào)節(jié)閥與隔離閥均處于全開狀態(tài)。旁路給水管線隔離閥為平行閘板閥，閥體流道采用文丘里管結(jié)構(gòu)形式，為減少流體阻力損失，閥瓣支架上設(shè)有導(dǎo)流環(huán)裝置。

　　2009年1月至12月期間，嶺澳核電站2號(hào)機(jī)組的3臺(tái)SG給水調(diào)節(jié)閥的開度一直存在偏差較大現(xiàn)象，閥門031VL所在旁路給水管線流量明顯低于其他2條管線。在隨后的停堆換料大修中檢查發(fā)現(xiàn)隔離閥053VL導(dǎo)流環(huán)斷裂脫落。對(duì)大亞灣及嶺澳核電站其余的旁路給水隔離閥進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)流環(huán)均存在不同程度的缺損，導(dǎo)流環(huán)壁厚嚴(yán)重減薄，內(nèi)外側(cè)部分材料脫落。

　　由于導(dǎo)流環(huán)缺損存在共模故障，嚴(yán)重影響SG水位穩(wěn)定及下游設(shè)備運(yùn)行安全。本文通過化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡分析等方法對(duì)缺損的導(dǎo)流環(huán)樣品進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)和缺損原因分析。

2、原因分析

2.1、分析對(duì)象

　　分析對(duì)象為4個(gè)缺損的導(dǎo)流環(huán)：大亞灣核電站2號(hào)機(jī)組ARE導(dǎo)流環(huán)(D2ARE053VL)、嶺澳核電站1號(hào)機(jī)組ARE導(dǎo)流環(huán)(L1ARE053VL和L1ARE062VL)以及嶺澳核電站2號(hào)機(jī)組ARE導(dǎo)流環(huán)(L2ARE053VL)。

2.2、宏觀形貌

　　導(dǎo)流環(huán)壁厚測(cè)量結(jié)果表明，壁厚從一側(cè)向另一側(cè)呈單調(diào)變化，說明導(dǎo)流環(huán)的減薄與流動(dòng)方向緊密相關(guān)。目視觀察可見，導(dǎo)流環(huán)內(nèi)壁出現(xiàn)大量拉長(zhǎng)狀蝕坑，局部蝕坑已連接成片。體視鏡觀察可見，導(dǎo)流環(huán)內(nèi)壁表現(xiàn)出扇貝狀形貌(圖1)，為典型的單相流流動(dòng)加速腐蝕(FAC)形貌。有些部位呈現(xiàn)肉眼可見的宏觀蝕坑和扇貝狀形貌的混合體(圖2)。

圖1 導(dǎo)流環(huán)內(nèi)壁宏觀形貌

圖2 宏觀蝕坑和扇貝狀形貌的混合體2.3 化學(xué)成分分析

　　從導(dǎo)流環(huán)上取樣做化學(xué)成分分析，材料化學(xué)成分均符合ASTMA216WCB標(biāo)準(zhǔn)。導(dǎo)流環(huán)的使用時(shí)間與FAC敏感合金元素Cr、Mo、Cu等含量間的關(guān)系見表1，其中Cr對(duì)FAC減緩作用最明顯。研究表明，Cr含量從0.027%增大到0.18%，單相流FAC相對(duì)速率會(huì)降低約3/4。為防止FAC發(fā)生，核電廠常規(guī)島多采用Cr含量為0.20%的碳鋼管道。

表1 導(dǎo)流環(huán)中FAC敏感合金元素化學(xué)成分

2.4、金相與掃描電鏡分析

　　導(dǎo)流環(huán)金相組織比較均勻(圖3)，主要是鐵素體(白色部分)和少量珠光體(黑色部分)。導(dǎo)流環(huán)表面掃描電鏡形貌為扇貝狀形貌(圖4)，為典型的FAC特征。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)損傷向深度方向擴(kuò)展的蝕坑呈海綿狀，為空蝕的特征，可判定發(fā)生了FAC與空蝕的聯(lián)合作用。

圖3 導(dǎo)流環(huán)金相組織

圖4 流環(huán)表面掃描電鏡形貌

2.5、能譜分析及硬度檢測(cè)

　　導(dǎo)流環(huán)能譜分析結(jié)果表明，導(dǎo)流環(huán)的表面膜中檢測(cè)到的Cr含量與基體中的Cr含量一致。采用顯微硬度計(jì)測(cè)量導(dǎo)流環(huán)試樣的硬度，無論是減薄還是未減薄區(qū)域的硬度值均在150~167HV之間，這說明硬度不是影響導(dǎo)流環(huán)缺損的主要因素。

2.6、工作環(huán)境分析

　　使用超聲探測(cè)設(shè)備測(cè)量大亞灣及嶺澳核電站2號(hào)機(jī)組在滿功率下的旁路給水流量。大亞灣核電站2號(hào)機(jī)組旁路給水平均流量為432t/h，嶺澳電站2號(hào)機(jī)組旁路給水平均流量為473t/h，均超過旁路給水額定流量295.2t/h，造成此現(xiàn)象的主要原因是核電廠在設(shè)計(jì)階段選用的旁路給水調(diào)節(jié)閥保留了很大的調(diào)節(jié)余量，其全開時(shí)的對(duì)應(yīng)流量(大亞灣和嶺澳核電站分別為549.78、541.67t/h)接近2倍的額定流量。經(jīng)計(jì)算，兩電廠旁路給水隔離閥導(dǎo)流環(huán)介質(zhì)實(shí)際流速均超過了20m/s，遠(yuǎn)超廠家要求限值(13.72m/s)。制造廠提供的閥門資料顯示，流速超過13.72m/s的介質(zhì)會(huì)導(dǎo)致閥體內(nèi)部嚴(yán)重腐蝕。為了分析導(dǎo)流環(huán)缺損情況與介質(zhì)流態(tài)間的關(guān)系，使用Fluent流體軟件建立給水母管與旁路給水管線模型。流體力學(xué)模擬分析結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)具備導(dǎo)流環(huán)發(fā)生空蝕的條件。

3、經(jīng)驗(yàn)反饋

　　大亞灣核電站的參考電廠(GRAVELIN)旁路給水設(shè)計(jì)流量為327t/h，旁路給水隔離閥為SEREG公司制造的全通徑閥。經(jīng)咨詢法國電力公司專家，該類閥門未設(shè)導(dǎo)流環(huán)裝置，法國電力公司所屬核電廠沒有發(fā)生過類似事件。嶺澳核電站3號(hào)、4號(hào)機(jī)組旁路給水隔離閥選用不帶導(dǎo)流環(huán)的全通徑楔形閘閥。寧德核電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)組旁路給水隔離閥選用不帶導(dǎo)流環(huán)的全通徑平行閘閥。

4、分析結(jié)果及糾正措施

　　旁路給水調(diào)節(jié)閥全開時(shí)的實(shí)際流量遠(yuǎn)大于旁路給水設(shè)計(jì)流量，與旁路給水隔離閥閥體流道采用文丘里管結(jié)構(gòu)一起造成導(dǎo)流環(huán)的介質(zhì)流速超出廠家要求限值，致使導(dǎo)流環(huán)發(fā)生FAC和空蝕。并且導(dǎo)流環(huán)材料Cr含量低，導(dǎo)致其耐FAC性能更差，加速導(dǎo)流環(huán)缺損。

　　因此，大亞灣及嶺澳核電站旁路給水隔離閥導(dǎo)流環(huán)缺損的根本原因是導(dǎo)流環(huán)介質(zhì)流速超出廠家要求限值從而使導(dǎo)流環(huán)發(fā)生FAC和空蝕。為降低導(dǎo)流環(huán)介質(zhì)流速，且考慮到改變?cè)谝酆穗姀S機(jī)組控制(同時(shí)調(diào)整主、旁路給水調(diào)節(jié)閥的開度)會(huì)引入新的潛在風(fēng)險(xiǎn)，參考外部經(jīng)驗(yàn)反饋對(duì)大亞灣及嶺澳核電站旁路給水隔離閥進(jìn)行換型替代，其中閥門選用抗FAC性能高的材料。鑒于大亞灣及嶺澳核電站旁路給水隔離閥以往一直沒有檢修要求，優(yōu)化其維修周期，以便檢查和更新閥門導(dǎo)流環(huán)的使用狀態(tài)。