凝汽器鈦管失效分析及其解決對策
凝汽器是大型汽輪機循環(huán)設(shè)備中的重要環(huán)節(jié)。其中的冷凝管起到將蒸汽凝結(jié)成水的作用,是凝汽器中的核心部件。冷凝管一旦發(fā)生破損將導(dǎo)致冷卻水泄露并污染循環(huán)水,從而會對整個系統(tǒng)的正常運行造成嚴重影響。因此冷凝管的選材質(zhì)量決定了凝汽器的安全可靠性與使用壽命。工業(yè)純鈦作為冷凝管最常用的材料,具有良好的力學(xué)性能與耐蝕性能。在復(fù)雜運行工況下,純鈦材料仍有可能發(fā)生磨損、腐蝕等常見的材料失效現(xiàn)象,引發(fā)冷凝管破損并導(dǎo)致冷卻水泄露并污染循環(huán)水,由此對凝汽器的正常運行帶來安全隱患。

秦山三期兩座重水堆核電機組的鈦管凝汽器,原計劃服役壽命為20年,但僅使用8年左右,鈦管就發(fā)生了嚴重的磨損減薄現(xiàn)象。若不找到這一過早失效的真正起因,并采取有效的防護措施,最終必將導(dǎo)致鈦管泄漏,不但經(jīng)濟損失巨大,甚至有可能引發(fā)重大安全事故。 為此,本文綜合運用失效分析的基礎(chǔ)理論與表征分析方法,從以下兩方面對秦山三期核電機組凝汽器鈦管的這一失效現(xiàn)象進行研究。首先,采用化學(xué)成分分析、金相組織觀察、力學(xué)性能測試等手段對取得的在役鈦管進行了檢驗,并對常溫拉伸斷口進行了微觀形貌觀察。結(jié)果表明,所用的工業(yè)純鈦管組織結(jié)構(gòu)與各項性能均符合相應(yīng)的標準要求,材質(zhì)評定合格,因此失效原因主要來自于外界作用而非材質(zhì)問題。其次,對發(fā)生異常減薄的冷凝管進行現(xiàn)場調(diào)查與取樣。由于減薄管表面磨損區(qū)的位置與形貌均存在明顯的差異,因此采用掃描電鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS),以及三維體式顯微鏡(3D-OM)等儀器,對磨損面進行了形貌觀察與成分分析;同時,對鈦管表面沉積物收集后進行了熱重分析(TGA)、紅外光譜分析(FTIR)與X射線衍射分析(XRD)。結(jié)果表明,鈦管管壁減薄的主要原因是由于鏜孔本身加工不良、加之支撐鋼板表面的銹蝕物進入導(dǎo)致的接觸磨損。此外存在異物顆粒造成三體接觸磨損,開機時熱應(yīng)力作用等因素,最終導(dǎo)致管壁異常減薄。 此外,在現(xiàn)場調(diào)研時還發(fā)現(xiàn)了少量的點蝕鈦管。取樣后經(jīng)SEM、EDS、3D-OM等分析,并結(jié)合實際運行工況后確認,這是由于旁排蒸汽作用下發(fā)生的氣蝕效應(yīng)所引起的。 綜上分析可知,凝汽器鈦管發(fā)生過早失效的主要原因是由于鏜孔加工不良、支撐板表面銹蝕物流掛、異物顆;烊、開機溫度梯度熱效應(yīng)、旁排蒸汽影響等幾方面的交互作用引起的。針對這一分析結(jié)果,提出了相應(yīng)的一系列解決措施,例如鏜孔檢測打磨、清理支撐板表面銹蝕物等。經(jīng)采納了這一快速、簡單、有效的失效分析方法及預(yù)防措施后,防止了失效的再次發(fā)生,減少了經(jīng)濟損失,確保了凝汽器的安全可靠運行。