秦山核電一期海水閥門的故障分析

摘 要：對原海水系統(tǒng)閥門故障模式進行分析，發(fā)現(xiàn)導致秦山一期海水閥門故障的主要原因為：1）沖刷腐蝕失效;2）原閥門結構選型存在不當;3）原閥門材質選擇存在不足。

關鍵詞：海水;泥沙;沖刷腐蝕;選型不當;選材不當

杭州灣地區(qū)海水工況較特殊，泥沙含量較高。秦山一期早期海水系統(tǒng)部分閥門存在一定的設計選型不合理的問題，導致海水系統(tǒng)閥門缺陷較多。作者作為秦山一期原海水系統(tǒng)閥門管理工程師，開發(fā)了一些海水系統(tǒng)閥門故障的狀態(tài)報告，進行過一些故障原因分析。并針對性的進行了一些海水系統(tǒng)的閥門的改造換型工作，積累了一些選型經(jīng)驗。本文對秦山一期海水系統(tǒng)閥門的失效模式進行了分析，可對后續(xù)改造和維修提供參考，并可以降低缺陷的發(fā)生頻率，延長閥門的使用壽命。

1秦山一期的海水系統(tǒng)及閥門的歷史狀況

1.1 海水系統(tǒng)概況

根據(jù)秦山一期一些歷史資料，秦山一期循泵后循環(huán)水系統(tǒng)溫度為0-40℃，氯含量為1000～11000 mg/L，砂含量：1～10 kg/m3。循泵為秦山一期二回路系統(tǒng)總的取水動力源，HLS系統(tǒng)從循環(huán)水系統(tǒng)取水。隨著海水進入海水冷卻水系統(tǒng)（簡稱HLS系統(tǒng)），隨著流阻增大、標高提升導致流速降低，HLS中大量泥沙堆積于海水系統(tǒng)管道和閥門中。

1.2 海水閥門的歷史缺陷狀況及原因分析

秦山一期早期閥門絕大多數(shù)為國產(chǎn)閥門，國產(chǎn)閥門中大部分為鑄鐵閥門，設計選型存在一定問題，閥內件防腐措施運用也不多，下列系統(tǒng)設備缺陷頻發(fā)。

1.2.1 發(fā)電機空冷器進出口閥

1.2.1.1缺陷狀況描述

發(fā)電機空冷器進出口閥早期為進口閘閥， 秦山一期第五次大修后發(fā)現(xiàn)閥體腐蝕嚴

重，密封面溝槽明顯.后R6改造為316L材質的非直通式截止閥，在R7閥門解體檢查過程中發(fā)現(xiàn)，上述閥門內件均出現(xiàn)不同程度的沖蝕凹坑和溝槽，密封面損傷嚴重。

1.2.1.2缺陷原因簡析

改造為316L材質的非直通式截止閥，由于流體導向性差，閥內件（閥芯及閥座等）直接經(jīng)受泥沙含量很大的海水沖蝕，沖刷腐蝕影響非常嚴重.密封面處易堆積泥沙，閥門關閉時很容易損傷閥門密封面。由于海水存在兩相流，加劇沖蝕。

1.2.2 海水過濾器進出口閥

1.2.2.1缺陷狀況描述

海水過濾器進出口閥及一些海水總管旁路閥和一些冷卻器進口總閥為一些鑄鐵蝶閥，也經(jīng)常出現(xiàn)一些閥體腐蝕穿孔的缺陷。

1.2.2.2缺陷原因簡析

海水閥門選材為灰鑄鐵（HT200）閥門，由于內部沒有采取特別防腐措施，片狀石墨鑄鐵耐海水性能不是特別突出，特別是灰鑄鐵加入1%-2%的合金元素后所形成的保護膜，在秦山一期泥沙沖刷下很快失效，在沖刷和腐蝕的交互作用下，灰鑄鐵腐蝕嚴重。

1.2.3 海升泵出口逆止閥

1.2.3.1缺陷狀況描述

海升泵出口逆止閥原采用國產(chǎn)標準通用型旋啟式鑄鐵逆止閥。經(jīng)常發(fā)生密封面損傷，發(fā)生異音，閥板脫落或閥板碎裂等缺陷。

1.2.3.2缺陷原因簡析

由于閥門布置在工業(yè)水泵出口垂直管道上，距海升泵出口較近，閥門經(jīng)常處于高動態(tài)變化，閥板劇烈拍打閥座密封面，易造成閥板脫落等缺陷。另外由于閥座處易堆積泥沙，造成閥門關閉不嚴等缺陷，嚴重影響系統(tǒng)運行。

1.2.4 發(fā)電機定轉子冷卻器進出口閥

1.2.4.1缺陷狀況描述

發(fā)電機定轉子冷卻器進出口閥原選用鑄鐵閘閥，閥門經(jīng)常發(fā)生閥體腐蝕穿孔，閥板脫落等缺陷，嚴重影響系統(tǒng)運行.

1.2.4.2缺陷原因簡析

發(fā)電機定轉子冷卻器進出口閥原選用鑄鐵閘閥.閥體為HT200腐蝕穿孔機理同海水過濾器進出口閥。另外該類型閥門為閘閥結構，閥體為灰鑄鐵HT200，閥桿等內件為馬氏體不銹鋼2Cr13，2Cr13含碳量為0.16至0.25之間，含碳量較高?，F(xiàn)在一些超低碳不銹鋼如CF3M，含碳量為0.03。其不僅可減少晶間腐蝕的產(chǎn)生而且在耐均勻腐蝕、點腐蝕及應力腐蝕方面均有所提高。2Cr13硬度雖好，但因含碳量較高，耐腐蝕性能較差，在腐蝕性較強的海水介質中，易形成銹斑和裂紋。另外該類型閥門為楔式閘閥結構，閘閥的閘板和閥座為硬碰硬結構。當閥門關閉時閘板和閥座之間易夾入泥沙，一般楔式閘閥的開力矩大于關力矩，當夾入泥沙后開力矩更大。在一個很大力矩作用下導致閘板耳或閥桿產(chǎn)生很大拉應力，馬氏體不銹鋼在含氯離子的海水中再外加很大的拉應力，導致閥桿應力腐蝕開裂，導致閥板脫落。

2海水閥門腐蝕失效模式歸類分析

2.1沖刷腐蝕失效

主要是金屬表面切應力效應，是秦山一期閥門故障的主要失效模式。由于不同地區(qū)海水狀況不同，因而各電廠閥門的失效模式也不盡相同。如嶺澳地區(qū)的海水中氯離子含量高，而泥沙含量低。秦山地區(qū)的海水氯離子含量低而泥沙含量高。如嶺澳核電廠的兩臺對夾式蝶閥，原來法國進口的閥門，一個周期下來閥門腐蝕嚴重，改為國內某企業(yè)的產(chǎn)品后，閥板采用不銹鋼材質，一個周期下來，腐蝕加上流體沖擊閥軸斷掉了。閥板也找不著了。原因為這個系統(tǒng)海水中泥沙含量比較小，氯離子含量高，且系統(tǒng)溫度偏高，氯離子對金屬材料的腐蝕能力增大。因此，氯離子腐蝕是其主要原因。

2.2 防腐涂層、襯里脫落失效

秦山一期一些鑄鐵襯膠閥門，由于橡膠存在老化機理，一些襯膠工藝較差的閥門襯膠層運行幾年內開始剝落，導致受襯膠層保護的內部構件產(chǎn)生嚴重腐蝕。如6號循泵出口碟閥等。

2.3 均勻腐蝕失效

主要是海水中氧含量豐富且含有次氯酸鈉，金屬鈍化膜不易形成，產(chǎn)生吸氧腐蝕。均勻腐蝕在我廠原鑄鐵閥門中普遍存在。

2.4 電偶腐蝕失效

因為海水為強電解質，不同金屬部件之間存在電位差，為電位較低的金屬加快腐蝕創(chuàng)造了條件。如我廠循泵出口閘閥的銅制閥座和閥體之間。

2.5 閉塞電池腐蝕失效

閥門密封面，和內部的一些固定螺栓，縫隙處易發(fā)生氧濃度差，造成腐蝕效應。如海水中密封面縫隙，螺紋底部等都有一定閉塞電池腐蝕。

2.6不銹鋼因氯離子產(chǎn)生的點蝕失效

不銹鋼接觸到高濃度氯離子，容易產(chǎn)生氯離子的吸附作用，容易產(chǎn)生電離現(xiàn)象;由于氯離子的化學活動性強，容易把氧化物中的氧原子擠掉，然后氯離子和鈍化膜中的陽離子結合形成可溶性的氯化物，這樣基體有化學反應，產(chǎn)生了腐蝕。如大亞灣部分304材料管閥產(chǎn)生腐蝕穿孔。

3不同系統(tǒng)工況對缺陷的影響

3.1 溫度對海水閥門腐蝕的影響

溫度對不同材質在海水中的溶解氧濃度、離子轉移速率、腐蝕膜生成速度、腐蝕速率都有較大影響，隨著海水溫度增加氯對金屬的剝離作用增大，腐蝕電流增大，腐蝕速率升高，其次溫度越高原子的活性越大，加上氯離子半徑小穿透能力強易進入鈍化膜內部，導致鈍化膜破壞，使陽極鈍化傾向減小，腐蝕速率增加。如我廠海水一些熱交換器進出口閥門的腐蝕情況還是存在差異的，出口側閥門的腐蝕情況比進口側要嚴重。

3.2 流體的流態(tài)對沖刷腐蝕的影響

流體的流態(tài)對沖刷腐蝕也有極大的影響，流體的流動狀態(tài)一般有層流和湍流兩種，它取決于流體的流速、流體的性質（如黏度密度等）和設備的幾何形狀。層流時供氧量比較少，金屬能形成保護膜流體對金屬的剪切應力小。湍流時不僅加速了腐蝕劑的供應和腐蝕產(chǎn)物的轉移，而且增加了流體和金屬之間的剪切應力。一般起調節(jié)作用的閥門湍流現(xiàn)象比較嚴重，如HLS-36V/37V和凝氣器進出口電動蝶閥等閥板就容易損傷。

3.3 設備的運行狀態(tài)對缺陷產(chǎn)生的影響

長時間備用狀態(tài)的系統(tǒng)設備，由于系統(tǒng)中泥沙堆積過多，也易引起卡澀，不能開關等缺陷。

4 結論

針對秦山一期系統(tǒng)缺陷的種類進行了分析，分析了海水泥沙沖刷、海水腐蝕、溫度影響、選材及防腐襯里等損傷失效模式進行分析，對后續(xù)針對性進行防護及維修和改造提供參考。

作者簡介：

臧家林（1978-），男，漢族，黑龍江寧安人，本科，高級工程師。

（核電運行研究（上海）有限公司，上海 200126）