1、q核电站二回路管道系统的FAC核电站二回路管道系统的核电站二回路管道系统的FAC提纲提纲q一、FAC背景q二、FAC机理q三、FAC影响因素q四、FAC分析q五、FAC有效管理一、一、FAC背景背景q1.1 典型FAC事件-11986年12月9日，美国Surry核电厂2号机组凝结水管线上的一个18英寸弯头运行时突然破裂，造成4死4伤的严重后果。最后190个部件被更换。Surry核电厂的FAC事故唤起了世界核电对FAC的重视。一、一、FAC背景背景q1.1 典型FAC事件-22004年8月9日，日本美滨核电厂3号机组低压加热器到除氧器之间的凝结水管道破裂，11名工人被严重烫伤，其中五人死亡。事后
2、检查发现，由于FAC作用使得原来约10mm厚度的管道减薄后最薄处只有1.4mm。破裂位置5人死亡，6人受伤！日本日本Mihama FAC 失效位置示意图失效位置示意图q1.1 典型FAC事件-2一、一、FAC背景背景Mihama FAC 失效失效n28 年从未检测n开裂时最薄处壁厚 1.4 mm（原厚度10 mm）nFAC 速率=0.34 mm year-1n材料：碳钢n温度:140oCn流速:2.2m/sn氧含量:5ppbn水化学:AVT(pH8.5-9.7)一、一、FAC背景背景q根据电厂设计，一些系统特别易FAC。q(2)金属表面生成的亚铁离子通过多孔的氧化膜层扩散到主体溶液当中。q温度
3、:171，设计压力：7.q其作用机理是随着腐蚀的进行，在金属表面Fe3O4氧化膜中的缝隙中会生产单质Cu和Mo，从而阻止了内部Fe向外扩散。qFAC 监督大纲要求对所有腐蚀敏感部位进行大量的检查。q当联氨浓度在150ppb以上范围时，溶液的氧化/还原电位会大幅下降，导致溶解动力学下降，此时，联氨浓度的提高，都会引起腐蚀速率下降。qFAC也在层流条件下发生（管的底部是流体，顶部是蒸汽，比如自通风系统）。q将控制阀开度调整到40，这种情况得到改善。qFAC 速率=0.q检测发现部分管线有明显减薄趋势，实施了割管更换并进行减薄原因分析，直接原因是流量孔板下游的流体加速腐蚀。q当流体速度增大到一临界值
4、称为“剥离速度”以上时，表面的剪切应力变得足够大到可以撕裂或剥离保护性的氧化膜，腐蚀过程转变为磨蚀腐蚀过程。qRupture of discharge line MSR drain lineq管理和评价FAC检测数据qFAC也在层流条件下发生（管的底部是流体，顶部是蒸汽，比如自通风系统）。q在细管线路，经常采用阀来控制流体。q1.2 FAC事件统计Plant NameDamageDateOconee 3Leak in extraction line1976Browns Ferry 1Rupture of discharge line MSR drain line1982Oconee 2Fail
5、ure of expander in reheater drain line1983Calvert CliffsRupture of elbow in cold reheat steam line1984Handdam NeckRupture of feedwater heater line1985Surry 2Rupture of feedwater line elbow1986Trojan 2Leak in main feedwater line1987Surry 2E/C wear of elbow in main feedwater line1988Surry 1Rupture of
6、low pressure heater drain line in feedwater line1990CatawbaE/C wear of feedwater line1991Susquehanna 1E/C wear of feedwater line1992Zion 1Leak in moisture separator line1993Turkey Point 3Leak in moisture separator line1994Millstone 2Heater drain recirculation line1995Fort Calhounextraction steam lin
7、e 1997Mihamacondensate line downstream of an orifice 2004一、一、FAC背景背景一、一、FAC背景背景q1.2 FAC事件统计据WANO统计，1999年至2007年之间，世界核电行业共发生37起FAC事件。q1.3 FAC的危害压力容器和管道的降级；电站降功率或者停堆；人员伤害；经济损失。一、一、FAC背景背景q2.1流动加速腐蚀的概念 流动加速腐蚀（Flow-accelerated corrosion，简称FAC）就是碳钢或低合金钢表面保护性的氧化膜在水流或气液两相流作用下发生溶解、破坏的过程。由于氧化膜的不断减薄，保护性能下降，腐蚀速
8、率上升，最后达到一种平衡状态腐蚀速率和溶解速率趋于一致，并保持这个稳定的腐蚀速率持续下去。金属表面局部区域的氧化膜非常薄，几乎相当于金属的裸露表面。一般情况下，腐蚀表面呈现典型的磁铁矿黑色。二、二、FAC机理机理q2.1 流动加速腐蚀的概念 在单相液态流条件下，当腐蚀速率较高时，金属表面会出现典型的马蹄铁形状的蚀坑，形成扇贝形状或桔子瓣形的腐蚀形貌。扇贝形腐蚀形貌常出现在发生严重管壁减薄的大直径管道内表面。在双相流条件下，大型管道表面的流动加速腐蚀形态是“老虎花纹”状形貌。单相流：圆齿状、波状或桔皮状两相流：老虎斑纹二、二、FAC机理机理氧化膜的形成氧化膜的形成氧化膜的溶解氧化膜的溶解Fe2+
9、的扩散的扩散H+DO二、二、FAC机理机理22234FeFeFeFe OFestepstepstep氧化膜中的扩散流体边界层中的扩散 1 2 3q2.2 FAC的作用机理q2.2 FAC的作用机理 通常认为流动加速腐蚀是静止水中的均匀腐蚀的一种扩展，其区别在于流动加速腐蚀的氧化膜/溶液界面存在流体运动。考虑到金属表面多孔铁磁相膜的存在，流动加速腐蚀可以分解为两个耦合过程。第一个过程是在氧化膜/水界面产生溶解的亚铁离子，该过程可分为三个同时发生的反应：(1)铁在铁/磁铁矿界面的游离氧水溶液中氧化，反应方程如下：Fe2H2O=Fe22OH-+H2=Fe(OH)2+H2 3Fe4H2O=Fe3O44
10、H2 一般认为，有1/2的Fe2在基体铁/氧化物界面转变为磁铁矿。二、二、FAC机理机理(2)金属表面生成的亚铁离子通过多孔的氧化膜层扩散到主体溶液当中。假设氧化膜层中不存在网状环流和水流，亚铁离子的扩散是由于浓度梯度控制的。步骤（1）中产生的H2也经过铁基体和氧化物孔洞扩散到主体溶液当中。上述的两个过程与均匀腐蚀的这类过程一致。(3)受溶液中的H的还原作用，磁铁矿膜在氧化膜/水界面处发生溶解，H来自金属/氧化物界面。式中，b0，1，2，3。具体取值取决于亚铁离子的水解程度。OH)b34()OH(FeH31H)b2(OFe312)b2(b243二、二、FAC机理机理 第二个过程是亚铁离子通过扩
11、散边界层向主体溶液迁移的过程，该过程受扩散梯度驱使。来自氧化物/水界面溶解和金属基体/氧化物界面的亚铁离子能够通过扩散边界层迅速地扩散到主题溶液中。另外通常假设主题溶液中的亚铁离子Fe2浓度为C，氧化物/溶液界面的Fe2浓度为CS，且CCS在这种条件下，如果氧化物/溶液界面的流体速度增加将导致腐蚀速率上升。二、二、FAC机理机理q3.1 流体力学因素流体速度的影响u流体动力学的影响很复杂，边界层的物质扩散受管壁附近流体状况的强烈影响。流体速度是铁离子从氧化物到溶液主体传质的一个主要控制因素。流动加速腐蚀速率随主体速度的增加和局部湍流而增大，而且不存在能引起流动加速腐蚀的流体速度的下限。u流体速
12、度对腐蚀现象有两种作用：传质作用，比如由于浓差扩散引起的亚铁离子从扩散边界层向溶液主体中迁移。表面剪切应力作用。三、三、FAC影响因素影响因素三、三、FAC影响因素影响因素氧化物溶解占支配地位机械破坏增加根据氧化物的动力学，氧化膜在静滞的水中生成。腐蚀速率由裸金属溶解速率和钝化速率决定。腐蚀动力学呈抛物线关系。氧化物溶解增加流动减薄膜均衡厚度由物质传递和化物的生成决定。冲刷腐蚀速率由物质传递和浓度驱动决定。腐蚀动力学呈线性关系由于表面切应力或溶解或粒子撞击造成膜的局部去除，但它能被再钝化。破坏速率由裸金属的溶解速率、钝化速率和氧化物的频率去除决定。破坏动力学呈准线性关系。膜由于溶解或者表面切应
13、力局部去除，破坏速率就是裸金属的溶解速率。破坏速率呈准线性关系。膜局部去除和金属表面上机械破坏决定了总的破坏速率，如破坏速率等于裸金属的溶解速率加上由于可能的机械破坏的协和作用。破坏速率呈非线性关系。氧化膜的去除和占支配地位的金属表面下械破坏。剥蚀动力学呈非线性关系机械破坏占支配地位三、三、FAC影响因素影响因素q34 mm year-1q（小头）q流动加速腐蚀（Flow-accelerated corrosion，简称FAC）就是碳钢或低合金钢表面保护性的氧化膜在水流或气液两相流作用下发生溶解、破坏的过程。q(3)受溶液中的H的还原作用，磁铁矿膜在氧化膜/水界面处发生溶解，H来自金属/氧化物
14、界面。q破坏动力学呈准线性关系。qVLq冲刷腐蚀速率由物质传递和浓度驱动决定。q(3)受溶液中的H的还原作用，磁铁矿膜在氧化膜/水界面处发生溶解，H来自金属/氧化物界面。qMihama 3的管线断裂说明电厂长期过分依赖承包商的监督检查大纲，将导致FAC大纲执行过程中出现问题。q但粗管线路故障受到更多关注，因为它给电厂造成损失和破坏的潜在危险性大。q此外，无法获得准确的小管径管线的热力学参数。q在正常运行期间都要使用到10流量给水管线。q检测计划是开展FAC有效管理的执行基础。q典型的有两种：正常运行系统比如给水，抽出和加热器排水管路；qEPRI和EDF合作的u考虑到电化学极化的作用的影响，在研
15、究流体流速对冲刷腐蚀速率的控制作用时，要注意以下三点：在低速情况下，增加液体流速可以降低腐蚀产物（如可溶性腐蚀产物亚铁离子）的浓度。由于腐蚀产物浓度降低，腐蚀速率增加，并且离子从氧化物/水界面迁移到主体溶液中的能力变为速度控制过程，浓差极化是其控制步骤，腐蚀速率部分或完全由传质速率控制。在较高流速情况下，传质速度明显高于金属表面电极反应速率，其结果导致在金属/电解液界面该过程变成反应次序控制过程，需要活化能激化。这种条件下活化作用控制整个腐蚀过程，腐蚀速率不再依赖流体速度值。当流体速度增大到一临界值称为“剥离速度”以上时，表面的剪切应力变得足够大到可以撕裂或剥离保护性的氧化膜，腐蚀过程转变为磨
16、蚀腐蚀过程。三、三、FAC影响因素影响因素管壁表面粗糙度的影响u研究表明，FAC腐蚀形貌的形成是基于原始缺陷产生的大量的小蚀坑，逐步长大连接成片而形成的。表面粗糙度越大表明原始小蚀坑越多。这些原始的小蚀坑与碳钢表面的微观组织选择性腐蚀有关。在高雷诺系数条件下，处于临界尺寸以上的初始缺陷数量很大，当随着缺陷长大，彼此之间就开始相互接触，形成微小的圆齿状形貌。三、三、FAC影响因素影响因素u在圆齿形表面形貌形成之前，微型缺陷必须达到一个临界尺寸才能长大。缺陷尺寸用沿流体流动方向缺陷长度表征，用Xcrit表示。对于圆形孔洞，Xcrit由下面公式表示：Xcrit 式中，dH是流体直径（对于常规管路几何
17、形状dH等于管体直径）。u上式表明，缺陷长度与流体直径成正比，与雷诺数成反比。也就是说，湍流越剧烈，管径越小，缺陷特征长度就会越小，达到临界缺陷尺寸的缺陷数量就会越多，越容易发生FAC。注：对于发电厂用商用装置和管材，通常会存在大于临界尺寸的缺陷，因此，在使用过程中，通常会出现圆齿状形貌。)8/7(HRed4三、三、FAC影响因素影响因素管路形状的影响 管道尺寸和形状直接影响流体速度进而影响局部传质速率。如果一个构件的几何形状能够加速流体流动和湍流程度，则这样的构件会受到更为严重的流动加速腐蚀。流动加速腐蚀倾向与发生在存在流体动力学干扰的部位，主要是含有蒸汽和水的构件内部或临接的下游。这些部位
18、包括弯头、弯头、减压器、三通、管道入口、控制节流阀下游、阀门等。三、三、FAC影响因素影响因素 通常采用一个几何加速因子来表征提高流体紊乱度（湍流）对FAC的影响。管道类型管道类型冲刷腐蚀几何因子冲刷腐蚀几何因子KellerChexal-HorowitzRemyWoolseyKastner直管直管1.01.01.01.01.090弯头弯头5.75133.72.11.76.011减压器减压器 （大头）（大头）（小头）（小头）2.51.83.2 管道入口管道入口4.0 2.53.586.24膨胀器膨胀器 （大头）（大头）（小头）（小头）3.02.83.6 管道扩张处管道扩张处 2.0 管口管口4.
19、06.05.02.93.04.0 T型管型管 （流入管）（流入管）合流合流 （出水管）（出水管）3.745.05.05.72.02.5 T型管型管 （流入管）（流入管）分流分流 （出水管）（出水管）18.755.04.05.7 三、三、FAC影响因素影响因素蒸汽质量的影响u通常情况下，流体的湍流越剧烈，越容易发生FAC；对于气液两相流而言，其湍流强度与蒸汽质量百分比密切相关。u蒸汽质量对FAC速率的影响非常大。只有在管道或构件壁内表面保持湿的状态时，才可能造成材料的FAC减损，干燥蒸汽条件下不发生FAC。如果蒸汽质量大于零，那么只有液相能造成FAC破坏。三、三、FAC影响因素影响因素u用于计算
20、传质系数的关系式既适用于单相也适用于双相流体。不过，如果蒸汽质量大于零，液相的雷诺数ReL的值必须是确定的。对于双相流体体系，雷诺数由下式确定：ReL 式中，VL是液体流速，其表达式是：VL 式中，Q 是整个流体的流动速度；A 是管道的内横截面机；是蒸汽质量；vL 是动力学粘度（动粘度）；L是液相密度；是蒸汽的气体分数。LHLvdV 11AQL三、三、FAC影响因素影响因素u气体分数一般大于蒸汽质量分数。这导致双相流体的雷诺数值大于只存在单相液体的雷诺数值。ReL越大，传质系数就越大，从而导致FAC速率越大。也就是说，双相流体的混乱度大于单相液态流体，从而决定了其腐蚀速率较单相大。三、三、FA
21、C影响因素影响因素q3.2环境影响因素 水化学的影响u 一定温度下，流体的ORP、pH值是影响氧化膜的稳定性和溶解度进而FAC速率的的重要参量。u 从右图可以看出随着pH的升高，腐蚀速率降低非常明显，也就是说，通过调节pH，可以有效降低FAC速率。三、三、FAC影响因素影响因素温度的影响u 温度是影响碳钢和低合金钢流动加速腐蚀的一个重要参量。流动加速腐蚀通常发生在100300之间。温度能影响氧化膜的生成和溶解速率，也会影响物质的热物理性能。u 受流体温度影响的几个主要变量如下：和传质过程有关的变量，如雷诺数、施密特数、舍伍德数等等；还有流体密度、水的动力学粘度、蒸汽质量、气体分数、水中各种离子
22、的扩散系数等都是温度的函数。三、三、FAC影响因素影响因素 与水的化学成分有关的参量。各种化学物质的分配系数以及工作条件下的pH值都是温度的函数。与化学反应有关的参量。金属/氧化膜界面金属的氧化和氧化膜/水界面磁铁矿的溶解反应都受温度的影响。与氢在金属和水中扩散有关的变量。如果氢能够通过氧化膜进行扩散，FAC速率会急剧升高；如果氢能够在金属中扩散，磁铁矿氧化膜会致密化，从而导致FAC腐蚀速率下降。三、三、FAC影响因素影响因素u 一般而言，温度对FAC速率的影响如下：对于单相流体，钟型曲线的最大值介于大约130140之间，或者大约150。对于双相流体，钟型曲线的最大值大约150，或大约180，
23、或介于大约170200之间。u 上述差异主要是由于以下两种独立机制在人们比较感兴趣的温度区间（100250）相互竞争的结果：150以下，随着温度的升高，溶解速率动力学岁随温度的升高而升高，冲刷腐蚀受动力学因素的不完全控制。温度在150以上时，二价铁的溶解度受溶液的pH值控制，并随温度的升高而下降。传质过程变为控制性步骤。三、三、FAC影响因素影响因素联氨的影响 联氨是电厂当中给水/冷凝系统的一种还原性添加剂。它是一种净化剂（除氧剂），也用来维持蒸汽发生器（核电系统）和给水回路的还原性环境。联氨是一种独特的化学物质，性质活泼且不稳定，与氧反应生成氮气和水。不与氧反应的大多数联氨会热分解为氨。u
24、除氧-联氨与氧气产生化学反应，生成氮气和水：N2H4+O2N2+2H2O u 在高温下分解产生氨提高pH值：2N2H42NH3+H2+N2三、三、FAC影响因素影响因素u当联氨浓度在150ppb以上范围时，溶液的氧化/还原电位会大幅下降，导致溶解动力学下降，此时，联氨浓度的提高，都会引起腐蚀速率下降。u联氨浓度在0150ppb范围内时，腐蚀速率会随其浓度增加而增大，溶液的氧化/还原电位（ORP）也随之变的更负。在此浓度区间内，电位的降低可以导致表层磁铁矿相（Fe3O4）加速溶解，从而引起腐蚀速率上升。三、三、FAC影响因素影响因素其他微量杂质的影响u亚铁离子浓度 当FAC速度受传质过程控制时，
25、其腐蚀速率表达如下：FACrate=式中，k 是传质系数；Cs是水中氧化物/水界面的亚铁离子浓度；C是主体溶液中亚铁离子浓度。由公式可看出，增加可以降低或抑制FAC。在给定pH值下，如果水中亚铁离子（Fe2）浓度大于磁体矿饱和溶解时的Fe2（Ceq），磁铁矿会沉淀析出。这会使得氧化膜克服溶解的减薄作用，在水/氧化膜界面或氧化膜的孔隙内生长增厚，从而引起FAC速率下降。)CC(kS三、三、FAC影响因素影响因素u氧的影响 研究表明，在温度是50280范围内，当溶解氧的浓度从1ppb增加到200ppb时，碳钢在纯水中的FAC速率会降低2个数量级。高温时，在纯水或碱性水溶液中，二价铁离子转变为三价铁
26、离子在极低的溶解氧浓度的条件下就能进行。反应方程如下：在有氧环境下，赤铁矿相（Fe2O3）会在氧化膜/水界面以及氧化膜内的孔隙中沉积和生长。另外，溶解氧会促进氧化膜/水界面上的磁铁矿相（Fe3O4）向赤铁矿转变。由于赤铁矿的溶解度比磁铁矿的小几个数量级，所以FAC速率就因此而降低了。O2HOFeO21)OH(2Fe23222三、三、FAC影响因素影响因素 法玛通的研究结果：溶解氧10 ppb时腐蚀严重，10-40 ppb腐蚀速率急剧下降。100ppb时，腐蚀速率可以忽略不计。三、三、FAC影响因素影响因素q3.3材料因素的影响 FAC主要发生在碳钢和低合金钢中，主要原因在于其表面的氧化膜的性质
27、，氧化膜的稳定性和溶解度受材料的化学成分和合金元素的含量控制。已经确定的作用最大的合金元素是Cr。通常，合金的铬含量为1就能使得流动加速腐蚀速率降到很低甚至可以忽略得程度。有证据表面，当铬含量很低甚至达到0.1时仍能极大程度上降低单相流体的流动加速腐蚀速率，作用机理是在金属表面生成致密的氧化膜FeCr2O4，此氧化膜溶解度非常低，而且非常致密，可以阻止基体中Fe的扩散。三、三、FAC影响因素影响因素EPRI和和EDF合作的合作的实验。实验。CIRCOLOOP。三、三、FAC影响因素影响因素q3.3材料因素的影响另外，合金中铜和钼的存在也能降低流动加速腐蚀速率。其作用机理是随着腐蚀的进行，在金属
28、表面Fe3O4氧化膜中的缝隙中会生产单质Cu和Mo，从而阻止了内部Fe向外扩散。三、三、FAC影响因素影响因素q4.1 FAC案例分析印度Kakrapar 核电厂蒸发器给水管线断裂u2006年2月29日，印度Kakrapar 核电厂2号机组以155MWe 功率运行，因4号蒸发器(SG 4)10流量再循环管线下游断裂手动停堆。房间被200吨水淹没。内部照明面板、接线盒、流量及压力变送器内部潮湿。排水、干燥设备后进行了设备的功能性试验。四、四、FAC分析分析u管线断裂的直接原因是流量孔板下游的FAC。事件后测量管段壁厚仅为1.1mm，而正常值是7.6mm。管线外径是80mm，材质是碳钢。在正常运行
29、期间都要使用到10流量给水管线。在控制阀100 开度情况下，该管线的流量超过设计流量2至3倍。将控制阀开度调整到40，这种情况得到改善。u2004年检查受影响管线时，发现该管段壁厚已经减少至2.69mm。虽然更换了1、2、3号SG的减薄管线，却遗漏了4号SG管线的更换。遗漏的原因归咎于质保部门与维修部门间缺乏沟通。事件后对855处可能存在FAC的部位进行了检查，共发现77处减薄严重。对这77处管线进行了更换。四、四、FAC分析分析管道信息：主给水系统，输送10%的给水去SG。断裂时已使用10年温度:171，设计压力：7.2 MPa，流速：2.33m/S,材质:A106B,原始壁厚7.62mm四
30、、四、FAC分析分析化学成分分析四、四、FAC分析分析四、四、FAC分析分析国内某核电站小径管严重减薄u2011年2号机组大修时，选取敏感管线实施检测，其中4根管线直接割管，27根管线实施检测计划。检测发现部分管线有明显减薄趋势，实施了割管更换并进行减薄原因分析，直接原因是流量孔板下游的流体加速腐蚀。u主给水泵出口隔离阀到泵的进水涡壳的连续保温/暖泵管线在孔板下游靠近孔板位置壁厚发生了异常减薄，最薄处已从3.9mm减薄到1.7 mm。四、四、FAC分析分析大修时发现壁厚严重减薄，及时的做了更换。大修时发现壁厚严重减薄，及时的做了更换。系统：主给水系统系统：主给水系统位置：孔板后，弯头前。位置：
31、孔板后，弯头前。名义外径：名义外径：26.7 mm，名义壁厚，名义壁厚3.9 mm。12外表面无任何异常外表面无任何异常四、四、FAC分析分析ABDC0204060801001.52.02.53.03.54.0CDBA壁 厚/mmFlow direction1CSSiMnPCrNiCuMo样品0.140.0080.210.660.0210.100.0870.170.018标准0.30.0350.10.29-1.060.0350.40.30.40.15四、四、FAC分析分析15EDX1四、四、FAC分析分析1230501005001500氧化膜氧化膜氧化膜溶解区氧化膜溶解区四、四、FAC分析分析
32、未严重减薄区22四、四、FAC分析分析SEM四、四、FAC分析分析q4.2 FAC敏感系统管线 根据电厂设计，一些系统特别易FAC。在核电厂，易受FAC影响的系统可根据流体状态、运行时间、管线尺寸进行分类。四、四、FAC分析分析按流态分类按流态分类u单相（水）系统：冷凝物质和给水、辅助给水、加热排水、湿气分离排水、蒸汽发生器、再加热器排水、其余排水；u双相（水和蒸汽）系统：高低压排出蒸汽管、冷凝器的防水板、密封管蒸汽系统、给水加热器通风装置。uFAC也在层流条件下发生（管的底部是流体，顶部是蒸汽，比如自通风系统）。四、四、FAC分析分析四、四、FAC分析分析SINGLE PHASE WATER
33、T W O P H A S E WATER按运行时间分类按运行时间分类u典型的有两种：正常运行系统比如给水，抽出和加热器排水管路；备用和间断运行系统比如启动线路、热排水槽、应急排水槽、通风、蒸汽阀和旁路线路。u尽管认为正常运行的线路比间断使用的线路更容易出现破坏，但实际情况下，间断使用的线路运行时情况非常严重，稀释和破裂在很短的服役时间内出现。例如，由于冲蚀引起的典型的性能劣化经常发生在给水泵最小流量管线到冷凝器的部分。u另外，有些情况是线路按间断使用设计，而实际上满负荷运行。例如，给水控制阀的旁路管线在启动期间主阀不能精确控制时运行正常；但在一些情况下这些线路全负荷使用，由于高速作用，严重的
34、FAC破坏可能发生。四、四、FAC分析分析按管线尺寸分类按管线尺寸分类u在电厂，管线一般分为粗管和细管，粗管尺寸大于2英寸（即大于50mm），细管尺寸小于等于2英寸（即小于50mm）。一般来说，流体环境在粗管线路比在细管线路好；在细管线路，经常采用阀来控制流体。u故障在粗管和细管线路都发生。但粗管线路故障受到更多关注，因为它给电厂造成损失和破坏的潜在危险性大。然而，细管线路故障会导致电厂停工，小管线不应当排除在检查之外。但需要认识到，与粗管道相比，细管道在周期性检查和耐蚀合金替换方面存在不同的经济平衡点。四、四、FAC分析分析q4.3 FAC敏感部件弯头与弯管的FAC区域四、四、FAC分析分析
35、四、四、FAC分析分析q4.3 FAC敏感部件三通管的FAC区域四、四、FAC分析分析q4.3 FAC敏感部件孔板下游与变径管的FAC区域q4.4 FAC事件原因分析uFAC监督大纲不足监督大纲不足 FAC 监督大纲要求对所有腐蚀敏感部位进行大量的检查。Mihama 电厂3号机组管线断裂的原因之一是承包商1990年制定的检查清单的疏忽。电厂FAC人员无法确认程序与大纲之间的一致性，而且从运行开始到事件发生前也没有对大纲的有效性进行审查。在Kakrapar 电厂2号机组,在其他系统类似管线被更换后，因部门之间缺少沟通在管线更换清单中遗漏了事故管线，导致了该管线的断裂。这些事例揭示了FAC监督大纲
36、执行中存在的缺陷。在South Ukraine电厂2号机组，因过低估计了FAC磨损率而再三地推迟管线的检查最终导致管线断裂事故的发生。运行经验表明，在个别情况下因运行和化学状态的改变，FAC磨损率不再是一个定值。四、四、FAC分析分析u运行状态或电厂配置变化的影响电厂配置变化如长期降功率运行、阀门或汽水分离再热器非正常运行和电厂改造，都会增加给水加热器外壳和管线的FAC磨损率。应该分析系统运行状态改变、电厂配置改变对FAC磨损率的潜在影响。除非通知到FAC大纲负责人员，FAC计算机模型中通常不会考虑这些变化。FAC监督大纲的内容应该包括长期降负荷在内的运行状态改变、化学变化、功率提升、电厂配置
37、变化等信息变更的频率。相关部门间应该建立明确的联络方式，特别是运行、化学部门，以确保相关变更的影响能及时体现在所建立的模型中。四、四、FAC分析分析q如果蒸汽质量大于零，那么只有液相能造成FAC破坏。q33m/S,材质:A106B,原始壁厚7.q这些修正在电站数据里是不确定的，电站的运行引起系统的差异。q内部照明面板、接线盒、流量及压力变送器内部潮湿。q破坏速率呈非线性关系。q考虑到金属表面多孔铁磁相膜的存在，流动加速腐蚀可以分解为两个耦合过程。q1986年12月9日，美国Surry核电厂2号机组凝结水管线上的一个18英寸弯头运行时突然破裂，造成4死4伤的严重后果。q式中，b0，1，2，3。q
38、检测计划是开展FAC有效管理的执行基础。q检测计划是开展FAC有效管理的执行基础。q有证据表面，当铬含量很低甚至达到0.q这些原始的小蚀坑与碳钢表面的微观组织选择性腐蚀有关。q温度:171，设计压力：7.q材料的改变将导致与原设计条件的差异，必须对此差异进行综合评价，而且这种材料的并不能防止非FAC失效模式的损伤方式，如冲蚀、气蚀等。q由于赤铁矿的溶解度比磁铁矿的小几个数量级，所以FAC速率就因此而降低了。u二次侧压力容器质量降级因缓冲板受到冲击低压给水加热器内部出现FAC导致Smolensk 电厂3号机组低压给水加热器外壳破裂。由于成分是碳钢加上给水化学控制不当出现FAC，导致 Bruce电
39、厂8号机组蒸汽发生器传热管支撑板丧失功能。必须审查二次侧压力容器的设计，确认哪些部位需要使用FAC检查技术诊断内部部件的质量降级。给水的化学控制以及材料的定期检查对预防FAC是非常重要的。应该制定寿期管理策略连续检查和监测蒸发器内部，并审查、优化传热管和碳钢部件部位的化学水质管理。四、四、FAC分析分析u软件知识欠缺和模型不当软件知识欠缺和模型不当在许多国家使用计算机模型预测FAC管壁减薄。在FAC软件管理中出现了诸如数据输入错误、软件质保不当等问题。使用FAC软件对小管径管线进行模型化取决于管线的连接方式。对套接焊缝，每一处焊接的预留缝隙是不同的，这将影响下游管线的磨损率（缝隙的尺寸影响流体
40、扰动，进而影响FAC）。在对小管径管线建模时经常发现缺少焊接缝隙的尺寸记录。此外，无法获得准确的小管径管线的热力学参数。需要使用变通方法对小管径管线模型的不准确性进行补偿。部分电厂仔细审查腐蚀敏感区域已发现更多的管壁减薄。在一些案例中，因软件模型中没有考虑焊缝以及局部化学影响而采用了通用数据，降低了软件模型的准确性。四、四、FAC分析分析u承包商工作控制不足承包商工作控制不足执行FAC大纲期间过分依赖承包商的检查和监督大纲存在一定的弊端。从1990年开始直到2004年8月发生管线断裂事件前，Mihama 电厂3号机组二回路系统管线减薄的检查管理程序均由承包商自行制定。程序中存在多处明显的矛盾，
41、包括遗漏破裂的管线，既没有破裂的鉴别也没有完全告知运行公司。Mihama 3的管线断裂说明电厂长期过分依赖承包商的监督检查大纲，将导致FAC大纲执行过程中出现问题。电厂管理人员应确保电厂人员充分参与承包商的管线容器壁减薄检查活动并给以足够的监督。此外，应该向负责FAC的新承包商提供电厂历史数据。应该使FAC检查的承包商、公司分享FAC相关事件的经验教训。四、四、FAC分析分析五、五、FAC有效管理有效管理q5.1管理要素 公司职责、分析、经验、检测、培训和工程评价、长期战略是EPRI在总结核电站二回路管道流动加速腐蚀（FAC）经验的基础上，提出开展核电站FAC有效管理的六要素。公司职责 公司职
42、责是开展FAC管理的经济基础和构建管理体系的保障。u提供足够的资金支持以确保FAC管理计划有效完成；u明确各个部门、机构的职责和任务，保证项目人员有充足时间完成相应工作；u确信项目人员有相应技术能力，确保后备人员；u确保各个部门之间有效的沟通与协调，数据和信息是关键。五、五、FAC有效管理有效管理u确保FAC运行经验的连续监测和评估，并与相关部门分享；u减少项目人员流通，当人员流通不可避免时确保信息的有效传递以保证电厂经验的不丢失；u开发和执行一个长期计划以防止FAC速率的增加；u确保FAC管理计划各个阶段的有效执行；u确保程序、分析、预测模型、管理文件为现行有效；u发展和维持一个健康稳定的管
43、理计划。五、五、FAC有效管理有效管理分析u一个典型的核电站有许多管道部件可能遭受FAC腐蚀破坏，如果没有一个合适的FAC分析、检测计划，以及检测和维修的历史数据，那就要在每次电站大修期间检测每个敏感部件以防止管道的泄漏和破裂。FAC分析的主要目标是识别最敏感部件，从而尽量减少检查的数量。试样的尺寸在敏感性和模型及分析方法的准确性起着重要作用，因此有限的试样应选择FAC最敏感的部件。一些电厂已采用一种通过影响因素的等级分类来进行敏感分析的简单方法。然而，由于保守的需要，简单分析仍然需要检测大量部件。五、五、FAC有效管理有效管理u在每次换料大修期间，使用FAC简单分析法的电厂能对大管道检测30
44、0500个检测位置（包括上流和下游）来确定电站和人员安全。经验表明，直到所有敏感系统分析完全，所有高敏感部件被识别并一直被监测以防止泄漏和破裂，人员安全才可得到保证。u分析方法应利用电站部件检测数据来完善电站部件的修正因素。这些修正在电站数据里是不确定的，电站的运行引起系统的差异。每次换料大修，有效的检测适中数量为大约82个大管径和20个额外小管径的位置，利用检测数据来预测减薄速率和减少敏感性。五、五、FAC有效管理有效管理u对于每个管道部件，在再检查、修复和替代之前，分析方法应用来预测FAC腐蚀速率和剩余寿命。分析模型也同样用于设计研究。这些研究对于像水化学变化、材料变更、电站功率加大、设计
45、更改、电站可能存在的各种限制和新设计等成本效益的评估很有效。分析模型也能用于发展长期检测和修复/替代计划。五、五、FAC有效管理有效管理运行经验 运行经验的回顾与结合将对电站FAC的分析和相关检测提供有效的补充，具体如下：u识别一般电站检测FAC存在区域；u理解类似部件的FAC区别（例如当使用某些厂商生产的控制阀时，下游管道的FAC将更严重）；u理解非设计状态系统的使用、电站功率加大、水化学改变等条件下FAC的不同；u分享FAC在成本、材料、合格供应商、修复或者替代技术、检测技术、新设备等方面的信息。五、五、FAC有效管理有效管理q上述的两个过程与均匀腐蚀的这类过程一致。qFAC管理体系建立的
46、框架q核电站二回路管道系统的FACq另外，随着电站运行时间的增加，即使采取选择性的修复和替代，出现泄漏和破裂的可能性还是会加大。q流动加速腐蚀速率随主体速度的增加和局部湍流而增大，而且不存在能引起流动加速腐蚀的流体速度的下限。q美国的CHEC WORKSq对FAC管理人员和技术人员必须开展相应的理论知识和工程实践能力的培训，提高技术人员的专业技能和现场经验。q典型的有两种：正常运行系统比如给水，抽出和加热器排水管路；q也就是说，双相流体的混乱度大于单相液态流体，从而决定了其腐蚀速率较单相大。q这些研究对于像水化学变化、材料变更、电站功率加大、设计更改、电站可能存在的各种限制和新设计等成本效益的
47、评估很有效。q与氢在金属和水中扩散有关的变量。q破坏速率呈准线性关系。q二次侧压力容器质量降级q检测计划是开展FAC有效管理的执行基础。q检测发现部分管线有明显减薄趋势，实施了割管更换并进行减薄原因分析，直接原因是流量孔板下游的流体加速腐蚀。检测 正确的检测是有效FAC管理计划的基础。壁厚的测量将建立给定部件的减薄程度机制、提供用于帮助评估FAC倾向的数据和优化预测模型的数据。完整的检测是实现这些需求的关键，一些部件的完整检测对FAC管理计划远有益于大量部件的粗略检测。用UT扫描大管径部件来仅仅确定最小壁厚是特别不推荐的，而应该采用一种系统的方法来收集数据，这将有助于增加重现性和获得正确结论。
48、五、五、FAC有效管理有效管理培训和工程评价u对FAC管理人员和技术人员必须开展相应的理论知识和工程实践能力的培训，提高技术人员的专业技能和现场经验。另外，对于电站的操纵员、系统工程师、维修工程师、热动工程师、检测人员以及设计工程师等人员进行必要的FAC理论知识培训，让他们了解FAC对其工作的影响。u工程评价贯穿FAC整个过程，从建模到检测数据评估，因此，参与FAC管理计划的人员应该了解运行经验，学习工程学原理（如机械工程和工程机械），FAC知识培训，接受来自于系统工程师、热动人员、电站操纵员、维护人员和水化学部门的参与。五、五、FAC有效管理有效管理 长期战略 建立和执行一个长期战略是电站F
49、AC管理计划成功的关键。这个战略应该关注于减少FAC腐蚀速率和检测最敏感位置，部件的监测对阻止FAC失效是至关重要的。如果没能有效减少FAC腐蚀速率，随着电站运行时间的增加，由于部件减薄的增加而将增加必须检测的数量。另外，随着电站运行时间的增加，即使采取选择性的修复和替代，出现泄漏和破裂的可能性还是会加大。五、五、FAC有效管理有效管理 公司职责是开展FAC管理的经济基础和构建管理体系的保障、分析是FAC有效管理优化和完善的手段、经验是FAC有效管理的借鉴和补充、检测是FAC数据积累的基础、培训和工程评价是FAC管理的技术补充和深化、长期战略是FAC有效管理成功的关键，六要素相辅相成，缺一不可
50、，构成核电站FAC有效管理的完整体系。五、五、FAC有效管理有效管理q5.2管理体系文件五、五、FAC有效管理有效管理五、五、FAC有效管理有效管理q5.3管理过程q5.3管理过程编制FAC管理导则建立FAC管理各阶段程序文件筛选FAC敏感系统和部件制定FAC检测计划及实施管理和评价FAC检测数据有计划开展FAC敏感部件的维修和更换进行FAC管理长期预防管理策略研究五、五、FAC有效管理有效管理编制FAC管理导则uFAC定义及影响因素uFAC管理体系建立的框架uFAC管理体系建立的要素uFAC管理建立的步骤 FAC各阶段程序文件 FAC敏感设备的筛选原则 FAC检测计划及实施 FAC检测数据评
