核電站用海水蝶閥失效分析和處理
分析了核電站用海水蝶閥在不同工況中失效的原因。介紹了閥門零部件材料性能的試驗過程和試驗結(jié)果并給出了材料選用和防腐的原則和方法。
1、概述
目前，國內(nèi)在建和已建的核電站海域水質(zhì)存在差異，所以在役運行海水系統(tǒng)閥門的失效現(xiàn)象也不同。通過試驗和研究，提出了技術(shù)上安全可靠，工藝比較成熟，能有效解決海水蝶閥失效的技術(shù)方案，按該方案制造的產(chǎn)品已投入試用，運行情況良好。
2、海水蝶閥失效原因
根據(jù)海水蝶閥運行狀況分析，腐蝕是引起其失效的主要原因之一。
①沖刷腐蝕
沖刷在金屬表面產(chǎn)生切應(yīng)力效應(yīng)。
②防腐層脫落腐蝕
防腐涂層或襯里脫落失去防腐作用。
③均勻腐蝕
海水中氧含量豐富且含有次氯酸鈉，金屬鈍化膜不易形成，主要發(fā)生吸氧腐蝕，表現(xiàn)形式為腐蝕速度明顯加快。
�、茈娕几g
因為海水為強(qiáng)電解質(zhì)，加快了低電位金屬的腐蝕。
�、蓍]塞電池腐蝕
由于循環(huán)水系統(tǒng)的部分系統(tǒng)處于備用狀態(tài)，這些區(qū)域的海水不流動，易形成自催化的閉塞腐蝕效應(yīng)。
�、捱x擇性腐蝕
金屬的電位不同，腐蝕速率也不同。
�、唿c狀腐蝕
不銹鋼因氯離子產(chǎn)生點蝕穿孔。
�、辔⑸锔g
海水中微生物附著在閥門上對材料腐蝕產(chǎn)生影響。
3、材料試驗
3.1、材料選擇
選擇海水蝶閥零部件材料時，應(yīng)根據(jù)工況條件從多方面考慮。①耐腐蝕性能。②耐磨、耐沖刷能力。③經(jīng)濟(jì)性。④加工工藝。⑤海水中的氧含量、氯離子濃度、流速、海水的污染情況及海洋微生物對材料腐蝕性。⑥海水溫度。
3.2、浸泡試驗
14種材料在海域一SEC系統(tǒng)海水和海域二SEC系統(tǒng)海水中浸泡30d的試驗結(jié)果見表1。浸泡試驗前，測得海域一SEC系統(tǒng)海水的pH值為6～7、氯化物含量為4.10×103mg/L、硫酸鹽含量為568mg/L，測得海域二SEC系統(tǒng)海水的pH值≈6、氯化物含量為1.82×104mg/L、硫酸鹽含量為2.52×103mg/L。
表1 14種材料在海水中浸泡30d后的質(zhì)量變化 g
3.3、金屬材料腐蝕電位試驗
電位試驗的試樣材料為SAF2507、304、ZCu-Al10Fe5Ni5、0Cr17Ni4Cu4Nb、316L和ZCu-Al10Fe3Ⅱ，各2件。分析試驗結(jié)果(圖1)，在海水介質(zhì)條件下，6種金屬材料中腐蝕電位最高的是SAF2507，最低的是304，最大電位差約為210mV。隨著測試時間的延長，腐蝕電位最穩(wěn)定的是SAF2507、ZCuAl10Fe5Ni5和ZCuAl10Fe3Ⅱ，最不穩(wěn)定的是304，0Cr17Ni4Cu4Nb和316L腐蝕電位的穩(wěn)定性相對居中。所以海水閥門選用SAF2507、ZCuAl10Fe5Ni5和ZCuAl10Fe3Ⅱ制造，這3種材料腐蝕電位穩(wěn)定，電位差只有60mV。發(fā)生電偶腐蝕的可能性比較小。在30℃以下時，316尚可，雙相不銹鋼優(yōu)秀。在50℃以下時，雙相不銹鋼可用。在60℃以上時，宜用鎳基合金或鈦合金。
圖1 6金屬材料在海水中耐溫性能比較
4、材料防腐蝕
材料防腐蝕的方法很多，如涂層法(包括各種涂料、金屬和塑料噴涂)、薄板襯里法(包括各種耐蝕金屬及各種非金屬襯里)、內(nèi)部多層襯砌法(石墨板等)、非金屬作為設(shè)備主體法(金屬作為支撐機(jī)構(gòu))和特種防腐處理法(電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，犧牲陽極，外加電流，加緩蝕劑)等。
在閥門行業(yè)，常用的防腐措施有3種。
①閥體涂層處理
涂層用途廣泛，是國內(nèi)目前采用最多的防腐措施。如涂層出現(xiàn)破損，修補(bǔ)方便，費用少。但是，涂層在流速較高的工況，局部損傷較快，需要定期修補(bǔ)。
②閥門襯膠處理
襯膠為閥門行業(yè)常用的防腐方法。在氯丁橡膠和三元乙丙膠中添加特種材料，適用于海水工況，不長海生物。襯膠適用于海水中泥沙含量比較少的工況。但是，橡膠易老化，一般使用壽命為5～10年，如果橡膠層大面積脫落，很容易對基體產(chǎn)生腐蝕，且襯膠不容易修補(bǔ)。
�、坳帢O保護(hù)處理
以被保護(hù)的金屬構(gòu)件作為陰極，對其施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化。當(dāng)金屬的電位負(fù)于某一電位值時，該金屬表面的電化學(xué)不均勻性得到消除，腐蝕的陰極溶解過程得到有效抑制，達(dá)到保護(hù)的目的。
