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核電廠閥門螺栓銹蝕原因分析與改進(jìn)
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作者:pmtbc6c34
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發(fā)布時(shí)間: 2018-09-29
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摘要：核電廠將核能轉(zhuǎn)化為熱能，從而產(chǎn)生供汽輪機(jī)用的蒸汽，通過(guò)蒸汽在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，最后實(shí)現(xiàn)核能發(fā)電的作用。而在核電廠之中閥門螺栓作為核電設(shè)備的重要組成部分，閥門螺栓看似渺小，但是卻對(duì)最終的發(fā)電結(jié)果產(chǎn)生直接影響，而從過(guò)往的文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，核電廠閥門螺栓容易出現(xiàn)銹蝕。
關(guān)鍵詞：核電廠；閥門螺栓；銹蝕原因；分析改進(jìn)
前言：
閥門螺栓是核電廠機(jī)械設(shè)備的重要器件，從核電廠閥門螺栓構(gòu)造分析，閥門螺栓的連接部位比較多，有閥蓋、螺母、螺栓、墊片等，因此之間存在一定的縫隙，若是在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，有酸性液體或者鈍化膏進(jìn)入其中，這樣就容易造成核電廠閥門螺栓的腐蝕，從而對(duì)核電生產(chǎn)安全性造成一定的影響，因此有必要對(duì)核電廠閥門螺栓銹蝕改進(jìn)措施作出進(jìn)一步的分析。
1核電廠閥門螺栓銹蝕原因分析
核電廠閥門螺栓由不同的金屬材料構(gòu)成，以3RIS058VP閥門螺栓為例，其中涉及到了五種以上的金屬材質(zhì)，包容CR、Mn、Ni、Cu、V等，具體的材質(zhì)表如下：
而不同的材料所產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物酸堿性也各有不同。一般情況下，通過(guò)PH測(cè)試，若是測(cè)得PH越高，那么腐蝕液之中的OH-就會(huì)越高，這樣就會(huì)形成一個(gè)想對(duì)穩(wěn)定的保護(hù)膜，使電荷轉(zhuǎn)移電阻增大，從而提升耐腐蝕性。但反之若是腐蝕液中的PH值越小，溶液之中的H+就會(huì)越多，由于H+的陰極有去極化作用，使得保護(hù)性氧化膜難以形成，在這個(gè)過(guò)程中就會(huì)導(dǎo)致一些電荷向電阻小的為主轉(zhuǎn)移，從而使材料的耐腐蝕性下降[1]。此外酸性溶液之中的氧氣還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位要比H+更容易還原標(biāo)準(zhǔn)電位高1.228v，因此氧氣分子的也要比H+更加容易還原，但是由于氧氣在水中的溶解度是相對(duì)較小的，因此極限的擴(kuò)散電流密度也會(huì)相對(duì)較小，大約每平方米只有幾百微安，具體而言，腐蝕電池主要發(fā)生的反應(yīng)包括陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，其中陽(yáng)極反應(yīng)為Fe→Fe2++2e，而陰極反應(yīng)為2H++2e→H2，在這個(gè)反應(yīng)變化之中，陽(yáng)極產(chǎn)物是在通過(guò)水化作用從而獲得Fe2+，因此核電廠閥門螺栓表面處于活躍狀態(tài)，表明不會(huì)產(chǎn)生鈍化膜，同時(shí)也會(huì)快速的腐蝕，但是在陰極則會(huì)不同，由此可以看出，酸性環(huán)境是引發(fā)核電廠閥門螺栓腐蝕的重要原因。此外由于螺栓連接處存在一定的縫隙，這些縫隙位置更易被酸性環(huán)境所腐蝕。
其次通過(guò)筆者的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)下很多核電廠在對(duì)閥門螺栓進(jìn)行維修時(shí)，往往會(huì)采用鈍化膏進(jìn)行酸洗鈍化處理，而鈍化膏之中的主要成分就是硝酸和氫氟酸，通過(guò)清洗后，雖然核電廠閥門螺栓表面會(huì)在此變?yōu)殂y白色，同時(shí)整體的抗腐蝕性能也會(huì)提升，但是在這個(gè)酸洗鈍化處理過(guò)程中，鈍化膏進(jìn)入到核電廠閥門螺栓的縫隙之中，那么反而會(huì)使的縫隙部位在酸性環(huán)境下，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，這也是引發(fā)核電廠閥門螺栓腐蝕的重要原因，因此為了能夠更好的保障核電安全生產(chǎn)，有必要對(duì)核電廠閥門螺栓銹蝕防治措施做出進(jìn)一步的分析研究。
2核電廠閥門螺栓銹蝕改進(jìn)方法
2.1優(yōu)化閥門螺栓安裝
在核電生產(chǎn)過(guò)程中，閥門螺栓極易被酸性物質(zhì)腐蝕，對(duì)于此筆者認(rèn)為可以通過(guò)優(yōu)化閥門螺旋安裝的方式，從而對(duì)進(jìn)一步控制閥門腐蝕。以國(guó)產(chǎn)海水蝶閥為例，國(guó)產(chǎn)海水蝶閥在設(shè)計(jì)閥體和蝶板的過(guò)程中，往往是采用CF8M材料，而螺栓則是選用0Cr18NiMo2Ti材料，整體的閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，雖然有密封座、密封壓圈等，但是海水會(huì)存在一定的縫隙，而這些縫隙的區(qū)域最易出現(xiàn)腐蝕，因此今后有必要通過(guò)優(yōu)化螺栓安裝的方式，從而使閥門螺栓縮小[2]。具體而言，我們可以通過(guò)將螺栓形改為沉頭，同時(shí)在閥門螺栓安裝的過(guò)程中，將有螺紋的部分涂抹螺紋鎖固膠，或者還可以在有縫隙的位置處和螺栓孔內(nèi)填充氧樹脂，同時(shí)還可以核電廠閥門螺栓的表面涂抹高固態(tài)環(huán)氧防腐蝕材料，通過(guò)這樣的優(yōu)化安裝方式，從而避免暴露的閥門螺栓縫隙被酸化腐蝕，進(jìn)而為推動(dòng)我國(guó)核電事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展做出保障。
2.2改進(jìn)閥門螺栓材料
核電廠為城市提供了重要的電力能源，雖然隨著工藝的不斷改進(jìn)，現(xiàn)下的核電廠閥門螺栓都具有一定的耐腐蝕性，但由于存在核電廠閥門螺栓處于特殊的工作環(huán)境，還是可以不可避免的會(huì)發(fā)生腐蝕，針對(duì)于此，筆者認(rèn)為進(jìn)化應(yīng)該進(jìn)一步的優(yōu)化核電廠閥門螺栓材料。首先高鎳球墨鑄鐵就是一種耐腐蝕比較好的材料，此種材料的均勻腐蝕速率大約為0.1mm/a以下，同時(shí)抗縫腐蝕和點(diǎn)蝕能力也要遠(yuǎn)比一般的316型不銹鋼好，因此建議今后核電廠在選擇閥門螺栓材料時(shí)，選擇高鎳球墨鑄鐵材料。其次ASTM A439材料具有很好的機(jī)械加工性能和鑄造性能，同時(shí)耐沖性和耐磨性也比較好，因此也是核電廠閥門螺栓的一種理想材料[3]。如在進(jìn)行核電廠水泵閥門螺栓鑄造時(shí)，就可以選擇ASTM A439 D2材料，并且耐腐蝕性能得到了專業(yè)的驗(yàn)證，有數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，該材料在300μm以下的環(huán)氧涂層之中，也不會(huì)出現(xiàn)明顯的腐蝕。因此今后在鑄造核電廠閥門螺栓的過(guò)程中，可以在改進(jìn)閥門結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的同時(shí)，將以往的CF8M材料或者0Cr18NiMo2Ti材料改為ASTM A439 D2材料。
2.3強(qiáng)化閥門螺栓腐蝕維修
核電生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的裂變過(guò)程，因此核電廠閥門螺栓難免會(huì)出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，而黨腐蝕問(wèn)題發(fā)生時(shí)，做好核電廠閥門螺栓腐蝕維修是十分重要的，對(duì)比筆者提出以下兩個(gè)方面的建議。第一是全面的檢查，觀察晶體有沒(méi)有發(fā)生變形，若是核電廠閥門螺栓的表面晶粒因晶界腐蝕而分離，這表示核電廠閥門螺栓存在嚴(yán)重的晶間腐蝕，必須要進(jìn)行更換。此外人肉眼的觀察勢(shì)必是十分有限的，因此必要時(shí)可以使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察，通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察電廠閥門螺栓的全貌，若是發(fā)現(xiàn)腐蝕區(qū)域組織呈現(xiàn)腐蝕性多孔，同樣表示核電廠閥門螺栓存在嚴(yán)重的晶間腐蝕，必須要進(jìn)行更換[3]。第二養(yǎng)護(hù)清理，核電廠需不定期對(duì)閥門螺栓進(jìn)行養(yǎng)護(hù)清理，可以通過(guò)鈍化處理的方式，從而對(duì)閥門螺栓做出維護(hù)，但是值得注意的是，今后需要對(duì)酸洗鈍化流程做出進(jìn)一步的完善，如其中一些比較細(xì)小的縫隙，不建議進(jìn)行酸化鈍化處理，而若是必須要進(jìn)行處理，則建議拆卸后或者回裝前對(duì)零部件進(jìn)行處理。此外在清洗養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中，最終清洗應(yīng)該采用除鹽水，并使用PH試紙做出檢查，確保整個(gè)處理過(guò)程中，PH值控制在6～8之間，這樣可以更好的對(duì)核電廠閥門螺栓做出養(yǎng)護(hù)，同時(shí)避免腐蝕問(wèn)題發(fā)生。
總結(jié)：
在工業(yè)化時(shí)代背景下，核電生產(chǎn)為城市提供了動(dòng)力能源，而核電生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的裂變過(guò)程，其中閥門螺栓看似微小，但是卻對(duì)核電安全生產(chǎn)有直接影響，而在核電生產(chǎn)過(guò)程中，閥門螺栓極易被酸性物質(zhì)腐蝕，為此今后核電廠必須要對(duì)機(jī)械閥門螺栓管理維護(hù)加以重視，對(duì)核電廠閥門螺栓銹蝕防治措施做出進(jìn)一步的分析研究，這樣才能真正的推動(dòng)我國(guó)核電事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。
關(guān)鍵詞：核電廠；閥門螺栓；銹蝕原因；分析改進(jìn)
前言：
閥門螺栓是核電廠機(jī)械設(shè)備的重要器件，從核電廠閥門螺栓構(gòu)造分析，閥門螺栓的連接部位比較多，有閥蓋、螺母、螺栓、墊片等，因此之間存在一定的縫隙，若是在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，有酸性液體或者鈍化膏進(jìn)入其中，這樣就容易造成核電廠閥門螺栓的腐蝕，從而對(duì)核電生產(chǎn)安全性造成一定的影響，因此有必要對(duì)核電廠閥門螺栓銹蝕改進(jìn)措施作出進(jìn)一步的分析。
1核電廠閥門螺栓銹蝕原因分析
核電廠閥門螺栓由不同的金屬材料構(gòu)成，以3RIS058VP閥門螺栓為例，其中涉及到了五種以上的金屬材質(zhì)，包容CR、Mn、Ni、Cu、V等，具體的材質(zhì)表如下：
而不同的材料所產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物酸堿性也各有不同。一般情況下，通過(guò)PH測(cè)試，若是測(cè)得PH越高，那么腐蝕液之中的OH-就會(huì)越高，這樣就會(huì)形成一個(gè)想對(duì)穩(wěn)定的保護(hù)膜，使電荷轉(zhuǎn)移電阻增大，從而提升耐腐蝕性。但反之若是腐蝕液中的PH值越小，溶液之中的H+就會(huì)越多，由于H+的陰極有去極化作用，使得保護(hù)性氧化膜難以形成，在這個(gè)過(guò)程中就會(huì)導(dǎo)致一些電荷向電阻小的為主轉(zhuǎn)移，從而使材料的耐腐蝕性下降[1]。此外酸性溶液之中的氧氣還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位要比H+更容易還原標(biāo)準(zhǔn)電位高1.228v，因此氧氣分子的也要比H+更加容易還原，但是由于氧氣在水中的溶解度是相對(duì)較小的，因此極限的擴(kuò)散電流密度也會(huì)相對(duì)較小，大約每平方米只有幾百微安，具體而言，腐蝕電池主要發(fā)生的反應(yīng)包括陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，其中陽(yáng)極反應(yīng)為Fe→Fe2++2e，而陰極反應(yīng)為2H++2e→H2，在這個(gè)反應(yīng)變化之中，陽(yáng)極產(chǎn)物是在通過(guò)水化作用從而獲得Fe2+，因此核電廠閥門螺栓表面處于活躍狀態(tài)，表明不會(huì)產(chǎn)生鈍化膜，同時(shí)也會(huì)快速的腐蝕，但是在陰極則會(huì)不同，由此可以看出，酸性環(huán)境是引發(fā)核電廠閥門螺栓腐蝕的重要原因。此外由于螺栓連接處存在一定的縫隙，這些縫隙位置更易被酸性環(huán)境所腐蝕。
其次通過(guò)筆者的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)下很多核電廠在對(duì)閥門螺栓進(jìn)行維修時(shí)，往往會(huì)采用鈍化膏進(jìn)行酸洗鈍化處理，而鈍化膏之中的主要成分就是硝酸和氫氟酸，通過(guò)清洗后，雖然核電廠閥門螺栓表面會(huì)在此變?yōu)殂y白色，同時(shí)整體的抗腐蝕性能也會(huì)提升，但是在這個(gè)酸洗鈍化處理過(guò)程中，鈍化膏進(jìn)入到核電廠閥門螺栓的縫隙之中，那么反而會(huì)使的縫隙部位在酸性環(huán)境下，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，這也是引發(fā)核電廠閥門螺栓腐蝕的重要原因，因此為了能夠更好的保障核電安全生產(chǎn)，有必要對(duì)核電廠閥門螺栓銹蝕防治措施做出進(jìn)一步的分析研究。
2核電廠閥門螺栓銹蝕改進(jìn)方法
2.1優(yōu)化閥門螺栓安裝
在核電生產(chǎn)過(guò)程中，閥門螺栓極易被酸性物質(zhì)腐蝕，對(duì)于此筆者認(rèn)為可以通過(guò)優(yōu)化閥門螺旋安裝的方式，從而對(duì)進(jìn)一步控制閥門腐蝕。以國(guó)產(chǎn)海水蝶閥為例，國(guó)產(chǎn)海水蝶閥在設(shè)計(jì)閥體和蝶板的過(guò)程中，往往是采用CF8M材料，而螺栓則是選用0Cr18NiMo2Ti材料，整體的閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，雖然有密封座、密封壓圈等，但是海水會(huì)存在一定的縫隙，而這些縫隙的區(qū)域最易出現(xiàn)腐蝕，因此今后有必要通過(guò)優(yōu)化螺栓安裝的方式，從而使閥門螺栓縮小[2]。具體而言，我們可以通過(guò)將螺栓形改為沉頭，同時(shí)在閥門螺栓安裝的過(guò)程中，將有螺紋的部分涂抹螺紋鎖固膠，或者還可以在有縫隙的位置處和螺栓孔內(nèi)填充氧樹脂，同時(shí)還可以核電廠閥門螺栓的表面涂抹高固態(tài)環(huán)氧防腐蝕材料，通過(guò)這樣的優(yōu)化安裝方式，從而避免暴露的閥門螺栓縫隙被酸化腐蝕，進(jìn)而為推動(dòng)我國(guó)核電事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展做出保障。
2.2改進(jìn)閥門螺栓材料
核電廠為城市提供了重要的電力能源，雖然隨著工藝的不斷改進(jìn)，現(xiàn)下的核電廠閥門螺栓都具有一定的耐腐蝕性，但由于存在核電廠閥門螺栓處于特殊的工作環(huán)境，還是可以不可避免的會(huì)發(fā)生腐蝕，針對(duì)于此，筆者認(rèn)為進(jìn)化應(yīng)該進(jìn)一步的優(yōu)化核電廠閥門螺栓材料。首先高鎳球墨鑄鐵就是一種耐腐蝕比較好的材料，此種材料的均勻腐蝕速率大約為0.1mm/a以下，同時(shí)抗縫腐蝕和點(diǎn)蝕能力也要遠(yuǎn)比一般的316型不銹鋼好，因此建議今后核電廠在選擇閥門螺栓材料時(shí)，選擇高鎳球墨鑄鐵材料。其次ASTM A439材料具有很好的機(jī)械加工性能和鑄造性能，同時(shí)耐沖性和耐磨性也比較好，因此也是核電廠閥門螺栓的一種理想材料[3]。如在進(jìn)行核電廠水泵閥門螺栓鑄造時(shí)，就可以選擇ASTM A439 D2材料，并且耐腐蝕性能得到了專業(yè)的驗(yàn)證，有數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，該材料在300μm以下的環(huán)氧涂層之中，也不會(huì)出現(xiàn)明顯的腐蝕。因此今后在鑄造核電廠閥門螺栓的過(guò)程中，可以在改進(jìn)閥門結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的同時(shí)，將以往的CF8M材料或者0Cr18NiMo2Ti材料改為ASTM A439 D2材料。
2.3強(qiáng)化閥門螺栓腐蝕維修
核電生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的裂變過(guò)程，因此核電廠閥門螺栓難免會(huì)出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，而黨腐蝕問(wèn)題發(fā)生時(shí)，做好核電廠閥門螺栓腐蝕維修是十分重要的，對(duì)比筆者提出以下兩個(gè)方面的建議。第一是全面的檢查，觀察晶體有沒(méi)有發(fā)生變形，若是核電廠閥門螺栓的表面晶粒因晶界腐蝕而分離，這表示核電廠閥門螺栓存在嚴(yán)重的晶間腐蝕，必須要進(jìn)行更換。此外人肉眼的觀察勢(shì)必是十分有限的，因此必要時(shí)可以使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察，通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察電廠閥門螺栓的全貌，若是發(fā)現(xiàn)腐蝕區(qū)域組織呈現(xiàn)腐蝕性多孔，同樣表示核電廠閥門螺栓存在嚴(yán)重的晶間腐蝕，必須要進(jìn)行更換[3]。第二養(yǎng)護(hù)清理，核電廠需不定期對(duì)閥門螺栓進(jìn)行養(yǎng)護(hù)清理，可以通過(guò)鈍化處理的方式，從而對(duì)閥門螺栓做出維護(hù)，但是值得注意的是，今后需要對(duì)酸洗鈍化流程做出進(jìn)一步的完善，如其中一些比較細(xì)小的縫隙，不建議進(jìn)行酸化鈍化處理，而若是必須要進(jìn)行處理，則建議拆卸后或者回裝前對(duì)零部件進(jìn)行處理。此外在清洗養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中，最終清洗應(yīng)該采用除鹽水，并使用PH試紙做出檢查，確保整個(gè)處理過(guò)程中，PH值控制在6～8之間，這樣可以更好的對(duì)核電廠閥門螺栓做出養(yǎng)護(hù)，同時(shí)避免腐蝕問(wèn)題發(fā)生。
總結(jié)：
在工業(yè)化時(shí)代背景下，核電生產(chǎn)為城市提供了動(dòng)力能源，而核電生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的裂變過(guò)程，其中閥門螺栓看似微小，但是卻對(duì)核電安全生產(chǎn)有直接影響，而在核電生產(chǎn)過(guò)程中，閥門螺栓極易被酸性物質(zhì)腐蝕，為此今后核電廠必須要對(duì)機(jī)械閥門螺栓管理維護(hù)加以重視，對(duì)核電廠閥門螺栓銹蝕防治措施做出進(jìn)一步的分析研究，這樣才能真正的推動(dòng)我國(guó)核電事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。
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