吳昉赟 王 聰 張彥召 劉洪群 周 澄

（1.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

0 引言

秦山一廠(chǎng)30萬(wàn)機(jī)組開(kāi)式工業(yè)水系統(tǒng)已經(jīng)使用了近三十年，主要為工業(yè)水泵、凝升泵和海升泵等各種水泵的密封填料和一般設(shè)備的冷卻器提供冷卻水，其包含的管道詳細(xì)信息如表1所示。近年來(lái)，秦山一廠(chǎng)30萬(wàn)機(jī)組多次出現(xiàn)一回路海水泵冷卻水管、凝升泵冷卻水管堵塞現(xiàn)象，造成水泵軸承冷卻水流量下降甚至斷失，導(dǎo)致水泵可靠性下降，甚至系統(tǒng)降級(jí)，威脅電站運(yùn)行安全。開(kāi)式工業(yè)水系統(tǒng)的介質(zhì)為經(jīng)過(guò)凈水廠(chǎng)處理的澄清水，其各項(xiàng)指標(biāo)均符合工業(yè)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，懸浮物數(shù)量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值，這種情況表明，末端管線(xiàn)發(fā)生堵塞現(xiàn)象的主要原因并不是源水水質(zhì)，而是碳鋼管道內(nèi)表面產(chǎn)生的腐蝕和沉積產(chǎn)物。為系統(tǒng)分析和解決開(kāi)式工業(yè)水管道的腐蝕問(wèn)題，有必要明確系統(tǒng)中碳鋼管道的腐蝕情況。

表1 開(kāi)式工業(yè)水系統(tǒng)管道信息

1 理化檢驗(yàn)與結(jié)果

1.1 管道宏觀(guān)形貌觀(guān)察

碳鋼管道的宏觀(guān)形貌如圖1所示，可以看出，其外壁未發(fā)生明顯的腐蝕，防腐涂層完好，部分涂層被打磨消除后，管道外表面呈均勻腐蝕形貌；管口附近的管道內(nèi)表面存在約25mm厚的積垢，管道內(nèi)堅(jiān)硬的管結(jié)瘤清理后，基體表面存在2～3mm的凹坑。

圖1 開(kāi)式工業(yè)水系統(tǒng)碳鋼管道表面狀態(tài)

1.2 垢物分析

對(duì)碳鋼管道內(nèi)垢物取樣并進(jìn)行X射線(xiàn)衍射分析（XRD），結(jié)果如圖2所示，由分析結(jié)果可知，碳鋼管道內(nèi)垢物的主要成分是鐵的氧化物和少量泥砂，晶體結(jié)構(gòu)為Fe3O4和FeO（OH）。

圖2 碳鋼管道垢物XRD分析結(jié)果

1.3 管道壁厚測(cè)量

將管道沿周向和軸向分別劃出如圖3所示的網(wǎng)格線(xiàn)，對(duì)各網(wǎng)格線(xiàn)交點(diǎn)位置利用GE-DM5E型超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行壁厚測(cè)量。軸向每條線(xiàn)共測(cè)量14點(diǎn)，從法蘭外側(cè)依次為1～14。周向14等分，由進(jìn)口向出口方向觀(guān)察，依次為A、B、C…M、N，總計(jì)測(cè)量196個(gè)點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 壁厚測(cè)量結(jié)果（單位：mm）

圖3 超聲測(cè)厚測(cè)量點(diǎn)分布示意圖

表2可得，管道分布有多處減薄部位，深淺不一，最小壁厚為3.24mm，最大壁厚為10.28mm。以10.28mm作為初始壁厚，則管道的減薄情況如表3所示。

表2 國(guó)外管材氣體爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)

表3 管道減薄情況統(tǒng)計(jì)表

2 管道剩余壽命計(jì)算

根據(jù)NB/T 20193-2012《核電廠(chǎng)常規(guī)島汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》，管道最小壁厚按公式（1）計(jì)算：

其中：

Sm為最小壁厚，單位為mm；

p為設(shè)計(jì)壓力，單位為MPa；

D0為管道外徑，單位為mm；

[σ]t為材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，單位為MPa；

η 為許用應(yīng)力修正參數(shù)，對(duì)于無(wú)縫鋼管η=1.0；

Y為溫度修正系數(shù)，取0.4；

C為考慮腐蝕、磨損和機(jī)械強(qiáng)度要求的附加厚度，單位為mm，本次計(jì)算取0。

溫度為20℃時(shí)，20#鋼的許用應(yīng)力[σ]t為131MPa，工業(yè)水管道壓力p為0.96MPa，管道外徑D0為325mm，將以上數(shù)據(jù)代入公式（1）中，得出最小壁厚Sm=1.19mm。

管道局部最大減薄速率W可按公式（2）計(jì)算：

其中：

W為局部最大減薄速率，單位為mm/a；

t0為原始壁厚，單位為mm；

tf為局部穿孔后的最小壁厚，單位為mm；

T為時(shí)間間隔，單位為年。

碳鋼管道的公稱(chēng)壁厚為8mm，在制造過(guò)程中存在一定的制造偏差。根據(jù)表4中的壁厚測(cè)量結(jié)果，最小壁厚tf為3.24mm，原始壁厚t0取最大壁厚測(cè)量值10.28mm，秦山一廠(chǎng)30萬(wàn)機(jī)組從1991年12月并網(wǎng)，截止壁厚測(cè)量時(shí)已運(yùn)行T=27年，帶入式（2）中可得W=0.26mm/a。文獻(xiàn)[3]指出，自來(lái)水管道的均勻腐蝕速率為0.1mm/a，局部穿孔最大腐蝕速率為0.3mm/a，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致。

參照以上結(jié)果，送檢管道的剩余壽命約為（3.24-1.19）/0.26≈8年。如果采用合適的防腐工藝并清理管道內(nèi)壁的管結(jié)瘤，則秦山一廠(chǎng)30萬(wàn)機(jī)組開(kāi)式工業(yè)水系統(tǒng)碳鋼管道按均勻腐蝕計(jì)，壽命約為（8～1.19）/0.1=68.1年，管道剩余壽命約40年。

3 結(jié)語(yǔ)

秦一廠(chǎng)開(kāi)式工業(yè)水系統(tǒng)碳鋼管道埋地30余年后外壁防腐涂層仍舊完好，未發(fā)生明顯的腐蝕。管道內(nèi)壁為管結(jié)瘤腐蝕導(dǎo)致的局部腐蝕減薄，管道整體腐蝕壽命滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行要求。