袁义帆20191112ppt课件

ORIGINA L
ATTA CH MEN T
4"
W ELD S
.5" 0.4"
2.55"
9.3875" 45°
2.375"
9.9546"
1.278" 1.660"
REPA IR ALLOY 690 SLEEVE
03021r4
稳压器加热套管中墙修复次序
Existing Configuration
SB-167 Alloy 600
Causes of PWSCC (cont’d)
• 环境
PWSCC 发生在压水堆一回路冷却环境中 (纯水含 碱性物质提高pH值，冲入氢气以排出氧气)
其他因素: 温度, 氢含量, 锂离子浓度, pH
PRS-09-032-PCR/18
稳压器加热套筒泄露
部分熔透焊
PRS-09-032-PCR/19
Alloy 690
Welding Services Inc.
WSI/SI Proprietary
PRS-09-032-PCR/24
Wire Feed
Umbilical
Welding Services Inc.
WSI/SI Proprietary
Section Removed
Welding Services Inc.
2011
Nozzle Locations in Reactor Coolant Loop (Westinghouse Type Plants)
PRS-09-032-PCR/6
Nozzle Locations in Reactor Coolant Loop (Combustion Engineering Type Plants)
(13%~22%)所影响 690合金 和它的焊接件，含有 ~30% Cr ，发现具
有高的SCC抗力
• 拉应力
应力水平在屈服强度附近 ASME Section III 大体上把工作应力限制在了较低
的水平，但是没有说明制造后的残余应力 由于表面加工和焊接收缩，较高的参与应力经常存
在
PRS-09-032-PCR/17
• 在某个核电站, 由于多次中断运行，硼酸残留 在顶部, 导致顶部严重的腐蚀问题 (也是一个严 重的)
PRS-09-032-PCR/28
典型的 RPV 顶盖喷嘴破裂以及相关的微小泄露
PRS-09-032-PCR/29
RPV顶部严重的腐蚀 发生在一个核电站(2019年4月)
PRS-09-032-PCR/30
_______________________________________________ * Described in Detail in this Presentation
PRS-09-032-PCR/16
PWSCC的原因
• 材料的敏感性
600合金基材和它的焊接件 敏感性受微观结构、屈服强度和Cr含量
PRS-09-032-PCR/38
总体结论
• 从2000年后, 美国核工业实施了广泛的严格程序 以解决这个问题，包括:
研究与开发 安全检查 修复和改正 修订 ASME Code Rules (Code Cases N-729
and N-770)
• 关于新一代核电站的设计和制造，我们可以从经 验教训中获取很多学习的机会
WSI/SI Proprietary
PRS-09-032-PCR/25
结论: 稳压器套管泄露
• 加热套管是最早发现PWSCC 的地方(除了SG 管线 )
由于高的稳压器工作温度 其他事件有先兆
• 仅仅影响了一小部分美国核电站 (CE type Plants) • 敏感的核电站中的稳压器被修复和替换
PRS-09-032-PCR/26
RPV 顶部(CRDM) 穿透 破裂
部分熔透焊件
PRS-09-032-PCR/27
问题概述
• 破裂出现在600合金CRDM 熔透部分，与 82/182合金部分熔透焊件有关
• 裂纹大部分是沿轴向开始的, 在RPV顶部通过 一些小的硼酸沉淀物检测到泄露
• 在一些例子中, 环向开裂通过无损检测被发现 （NDE）, 加剧了人们对潜在的喷嘴泄露的担 忧
PRS-09-032-PCR/39
再见
PRS-09-032 PCR /
Nozzle Locations in Reactor Coolant Loop (Babcock & Wilcox Type Plants)
PRS-09-032-PCR/8
典型的设计方法
PRS-09-032-PCR/9
控制棒驱动机构 (CRDM) Penetration (RPV Top Head)
Coefficient of Thermal Expansion x10 -6 (°F-1)
10
Austenitic Stainless
9
Steel
Alloy 600
Carbon & Low Alloy Steel
8
7
6 0
PRS-09-032-PCR/15
100
200
300
400
500
600
700
Cut Complete
SA-533 Grade B
1.66”
1.25”
Welding Services Inc.
WSI/SI Proprietary
Replacement Nozzle Inserted
Welding Services Inc.
WSI/SI Proprietary
Weld Head Inserted
PRS-09-032-PCR/36
总结
PRS-09-032-PCR/37
总体结论
• 核电站喷嘴的设计和制造符合 ASME Section III Code规范
• 早期在喷嘴和熔透异种焊接件上决定使用镍基合金 (大约1970)
• 这个决定被认为是错误的，原因是其对PWSCC敏 感
• 早期的ASME Section XI Inservice Inspection规 范处理这类问题是不充足的
WSI/SI Proprietary
Final Configuration
Welding Services Inc.
WSI/SI Proprietary
稳压器加热套管中墙修复工艺装备
Temperbead Weld
Sequence
0.40” (Minimum)
Vg Services Inc.
EDYs调整了特定核电站RPV顶部的工作时间，基于全功 运转年 (EFPYs)的工作时间，全功运转年以顶部标准温 度600°F为基准
PRS-09-032-PCR/32
EDYs 对比RPV顶部检测结果 （美国 PWRs）
100.0
90.0
EFPY @ Head Oper. Temp.
80.0 15 EDYs
PWSCC的温度敏感性
PRS-09-032-PCR/31
顶部温度变化性
• 不同的核电站顶部的工作温度有很大的变化 • Addressed via “Effective Degradation Years”
(EDYs)
E D Yjn 1 E F P Yjexp Q R i The 1 ad,j T 1 ref
问题概述
• 600合金稳压器加热套筒破裂和泄露最开始出 现在1980年代
• 主要影响 CE 型电站:
Westinghouse plants didn’t use A-600 B&W plants used different design concept
• 在 美国敏感的核电站进行了修复(或者更换了 稳压器)
PRS-09-032-PCR/10
底部仪表导向管(BMI) Penetration (RPV Bottom Head)
PRS-09-032-PCR/11
典型的异种焊接件(DMW) 喷嘴结构
PRS-09-032-PCR/12
失效模式和原因分析
PRS-09-032-PCR/13
在核电站喷嘴结构中使用镍基合金的原因
替换喷嘴焊接件 缺陷埋置 降低温度
PRS-09-032-PCR/34
RPV顶部临时修复
焊接件替换
PRS-09-032-PCR/35
缺陷埋置
结论：RPV顶部渗透型开裂
• 到2009年6月, 基本上所有的RPV 顶盖都换上 了PWSCC抗性材料
• 所有的RPV顶部都通过严格的检测程序监控:
ASME Section XI Code Case N-729 Alternative Examination Requirements for PWR Closure Heads With Nozzles Having Pressure-Retaining Partial-Penetration Welds
800
TEMPERATURE (°F)
核电站喷嘴中镍基合金的性能
• 然而， Inconel镍基合金 (Alloy-600, 82 & 182) 被证明在压水堆主冷却回路环境下对应力 腐蚀破裂 (PWSCC)敏感，导致了很多次破裂 问题:
蒸汽发生器管线 稳压器加热套筒 压力容器顶部控制棒驱动机构（CRDM）渗透* 底部仪表设备 (BMI)导向管渗透 喷嘴对接焊焊件*
PRS-09-032-PCR/20
稳压器加热套管泄露
PRS-09-032-PCR/21
稳压器加热套管衬垫修复
PRS-09-032-PCR/22
稳压器加热套管中墙修复
ORIGIN AL ALLOY 600 SLEEVE ALLOY 600 OVERLAY
LOW ALLOY STEEL HEAD
PRS-09-032-PCR/23
PRS-09-032-PCR/33
RPV顶部破裂的修复和改正措施
• 长期的修复措施是替换RPV顶盖
CRD 顶盖和附加的焊接件使用PWSCC抗性材料制成 (Alloy 690 和其焊接金属Alloy 52/152)
几乎 1/3 的 U.S. PWRs 更换了 RPV顶盖
• 一些核电站采取了临时的措施直到获得新的顶 盖
• 镍基合金(Alloy 600, 82 & 182) 是在1970年代 引入到喷嘴应用中的，原因如下：
较好的力学性能 良好的焊接性 单相合金 (不用焊后热处理) 很好的耐腐蚀性能 较好的过渡材料 (热扩散系数介于不锈钢管道和低合金钢
容器之间)
PRS-09-032-PCR/14
ASME规范中具体的热扩散系数
70.0
60.0 10 EDYs
50.0
Leaks Cracks/No Leaks Visual/Clean NDE/Clean 5 EDY 10 EDY 15 EDY
40.0
30.0
5 EDYs
20.0
10.0
0.0
550
560
570
580
590
600
610
Head Oper. Temp. (Degrees F)