核电站二回路管道系统的FAC资料

Damage
Leak in extraction line Rupture of discharge line MSR drain line Failure of expander in reheater drain line Rupture of elbow in cold reheat steam line Rupture of feedwater heater line Rupture of feedwater line elbow Leak in main feedwater line E/C wear of elbow in main feedwater line
Date
1976 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988
Surry 1
CatawbaБайду номын сангаасSusquehanna 1 Zion 1 Turkey Point 3 Millstone 2
Rupture of low pressure heater drain line in feedwater line
单相流：圆齿状、波状或桔皮状
两相流：老虎斑纹
二、FAC机理
2.2 FAC的作用机理

Fe Fe2 step1

氧化膜中的扩散 Fe
2
流体边界层中的扩散 2 Fe3O4 Fe


氧化膜的形成 DO 氧化膜的溶解 + H
Fe 的扩散
2+
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： Fe＋2H2O =Fe2＋＋2OH-+H2 =Fe(OH)2+H2 3Fe＋4H2O =Fe3O4＋4H2
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、FAC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
核电站二回路管道系统的FAC
苏州院寿命中心化学及状态评估研究所 2012年08月
提纲
一、FAC背景 二、FAC机理 三、FAC影响因素 四、FAC分析
五、FAC有效管理
一、FAC背景
1.1 典型FAC事件-1
1986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
step2
step3
二、FAC机理
2.2 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
材料 ：碳钢 温度 : 140oC 流速 : 2.2m/s 氧含量 : <5ppb 水化学 : AVT (pH8.5-9.7)
一、FAC背景
1.2 FAC事件统计
Plant Name
Oconee 3 Browns Ferry 1 Oconee 2 Calvert Cliffs Handdam Neck Surry 2 Trojan 2 Surry 2
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、FAC背景
1.1 典型FAC事件-2
2004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。事后检查发现
，由于FAC作用使得原来约10mm厚度的管道减
一、FAC背景
1.3 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。
二、FAC机理
2.1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、FAC机理
2.1 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。
E/C wear of feedwater line E/C wear of feedwater line Leak in moisture separator line Leak in moisture separator line Heater drain recirculation line
1990
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。
1 1 4 Fe3O 4 (2 b)H H 2 Fe(OH ) (b2 b ) ( b)H 2 O 3 3 3
1991 1992 1993 1994 1995
Fort Calhoun
Mihama
extraction steam line
condensate line downstream of an orifice
1997
2004
一、FAC背景
1.2 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。
薄后最薄处只有1.4mm。
一、FAC背景
1.1 典型FAC事件-2
日本Mihama FAC 失效位置示意图
破裂位置
5人死亡，6人受伤！！
一、FAC背景
Mihama FAC 失效



28 年从未检测 开裂时最薄处壁厚 1.4 mm （原厚度10 mm） FAC 速率 = 0.34 mm year-1