核电行业中流动促进腐蚀的模型和数值模拟研究进展

第20卷第6期2008年11月

腐蚀科学与防护技术

CORROSI ON SC I ENCE AND PROTECTI ON TECHNOLOGY

V o.l 20N o .6N ov .2008

收稿日期:2007-06-14初稿;2007-09-13修改稿基金项目:/9730项目(2006CB605004)资助

作者简介:刘春波(1982-),男,硕士研究生,研究方向为流动促进

腐蚀的计算机模拟.

Te:l 024-******** E-m ai:l chbli u @i m r .ac .c n

核电行业中流动促进腐蚀的模型和数值模拟研究进展

刘春波,郑玉贵

中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室,沈阳110016

摘要:对核电行业中流动促进腐蚀的现象、危害、现有模型和不同的数值模拟方法进行了介绍和评述,并指出了下一步的主要研究方向.

关键词:流动促进腐蚀(FA C);核电;模型;数值模拟

中图分类号:TG 17219 文献标识码:A 文章编号:1002-6495(2008)06-0436-04

RESEARC H PROGRESS ON M ODELING AND NU M ERI CAL

SI M ULATI ON OF FLO W-ACCELERATED -CORROSI ON

LIU Chun -bo ,Z H E NG Yu -gu i

S tate K e y Laboratory for Corrosion &Protection ,Ins titute of M etal Research,Chinese A cade my of Sciences,Shenyang 110016

A bstract :F l o w-A ccelerated -Corrosion (FAC )is a pheno m enon w hich results in w eight loss as w ell as lo -cal t h i n ni n g o f p i p i n g ,vessels ,and equ i p m entm ade of carbon steels .FAC occurs under certain conditi o ns

o f flo w,che m istry ,geo m etry and m a teria.l Those conditions are co mm on f o r the h i g h -energy p i p i n g in nu -c lear and fossi-l f u eled po w er p lants .Th is paper rev i e w s several FAC m ode ls and num erica l si m ulati o n m ethods .M eanw hile ,the pr ospective po i n ts in further stud ies on t h e m odeling and nu m er ical si m u lati o ns o f F AC are a lso brought for w ar d .K eywords :F l o w -Acce lerated -Co rrosi o n(F AC);nuc lear po w er i n dustry ;m ode;l num erica l si m ulati o n

核电行业中的流动促进腐蚀(F l ow -acce lera ted corrosi on ,FAC)(有些文献中也称之为冲刷腐蚀,E ros i on -co rrosion )是由于单相液流或汽/液双相流将碳钢或者低合金钢表面的保护性氧化膜溶解,而造成氧化膜减薄并引起碳钢或者低合金钢腐蚀速率增大的现象[1]

,表现为碳钢管或低合金管的/局

部0(~1m )减薄(腐蚀速率高达3mm /a),进而发生突然破

裂和灾难性事故.

FAC 是造成核电站管路系统及其他过流部件频繁失效的主要原因,尤以压水堆核电站二回路管路系统最为严重.FAC 导致过流碳钢管和液体容器的壁面减薄,若不能及时发现,失效器件很可能会突然破裂,导致高温液体和蒸汽外泄,将损坏周围的设备,严重时还会造成人员伤亡.表1列举了1986年~1997年间国外核电站的几起FAC 事故[2,3].瑞典核电监察机构数据库的统计结果(1085个失效事件,蒸汽发生器除外)表明,在各种核电失效中,FAC 是除了应力腐蚀破裂之外排在第二位的失效方式.FA C 除了带来管线失效和更换、增加检测费用、人员伤亡和财产损失等直接损失以外,停工造成的间接损失也十分巨大,严重威胁着核电站的安全

运行.据统计,一个MW e 级的电站,停产期间平均每天损失大约100万美元.由于目前尚未完全弄清FAC 的机理,无法准确判定发生FAC 的部件和部位,所以FAC 成为核电站中最危险的一种失效方式之一.目前,针对FAC 的最常用的检测手段就是超声测厚(UT )[4].但核电站中管路繁杂,不可能在停堆检修期间得到全部管路的壁厚数据,因而必须先通过计算模拟得到敏感部位,再对这些敏感部位进行超声测厚,最终决定是否需要维修或者更换部件.本文综述现有的FA C 模型和几种可以用于预测FAC 的数值模拟方法.

Tab le 1S ign ificant FAC failures i n nu clear

power p l an ts fro m 1986to 1997

p l an t

year l ocation Surry 2

1986f eedw at er T roj an 21987f eedw at er Surry 2

1988f eedw at er S 1M 1de Garon a (Spa i n)1989f eedw at er Loviis a Un it 1(F i n l and )1990f eedw at er M illstone Un it 31990heater drai n M illstone Un it 21991reheater drai n A l m araz Un it 1(Spai n )1991extraction stea m Loviis a Un it 2(F i n l and )1993f eedw at er

Sequoyah Un it 21993extraction stea m Tu rkey Po i nt 31994m oi s t u re separat or M illstone Un it 21995heater drai n Fort Cal houn

1997

extraction stea m