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流动加速腐蚀

2021-01-29

流动加速腐蚀

流动加速腐蚀(FAC)早期也称为冲刷腐蚀,是由于单相液流或汽/液双相流在局部湍流部位加速了碳钢或低合金钢表面的保护性氧化膜溶解,造成碳钢或低合金钢局部腐蚀速率增大的现象。核电厂二回路汽水管道由于蒸汽品质、水化学条件、材料、流速及结构特点等原因,易发生FAC。

FAC形成局部减薄示意图

流动加速腐蚀

1位置特征

FAC多发生在汽水管道结构突变或易发生湍流部位,如弯头、三通、大小头、节流孔板后直管段及环焊缝邻近区域等。

例如,1986年12月9日美国萨里核电站2号机组满功率运行时,其给水泵入口管线的一个A234碳钢制弯头因FAC减薄导致破裂,附近正在进行其他管线保温更换工作的8人受蒸汽灼伤,4死4伤。2004年8月9日,日本关西电力公司美滨3号机组给水回路中低压加热器与除氧器之间给水管道上一个孔板流量计下游的管段发生FAC减薄并破裂,造成11人伤亡,其中5人死亡、6人受伤。

此外,汽水管道环焊缝根部及其附近区域,由于湍流和Cr元素含量差异,也会发生FAC引起的局部减薄现象。

2形貌特征

通常FAC肉眼难于鉴别,但适当放大后,在单相液流中,多为马蹄坑、扇贝状或橘子皮状,汽液双相流中多表现为明暗相间的条带或斑纹状。腐蚀区域及附近通常有氧化膜且高倍下无显著机械形变。

3机理特征

FAC是电化学腐蚀与流动加速溶质传质起主要作用,有时可能会叠加机械力作用的一种过程。

4合金元素的影响

通常,随着Cr、Mo、Cu含量的增加,特别是Cr含量的增加,碳钢、低合金钢的FAC速率会显著降低。

碳钢、低合金钢FAC速率也受流速、结构形状、温度、pH、水化学条件等因素影响,其主要应对措施是提高管道材料Cr含量、控制pH、对敏感区域定期或持续进行厚度测量。

需要注意,核电厂二回路汽水管道中,受介质品质和流速影响,存在冲蚀(包括LDI和汽蚀)和FAC共同作用导致的局部减薄。此时,可粗略根据主导作用是机械力还是化学腐蚀+局部传质来区分主导减薄机理。


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