核电厂汽水分离再热器的壳体减薄原因与策略分析
摘要：利用核能发电是当下洁净能源利用的典范，但生产过程对设备、材料、稳定性、安全性等都有综合化的要求。本文根据查询资料和总结，主要分析了核电厂汽水分离再热器的壳体减薄原因和可行的处理方式。
关键词：核电厂；汽水分离再热器；壳体；减薄
在压水堆式核电厂中，二回路有一个关键性设备就是汽水分离再热器，即MSR，它能够在高压缸做完功后，将二回路中的水和饱和蒸汽分离开，工作温度在170℃左右。依据参考示例根据超声波测量的一些分离再热器壁厚，显示出其设备进气筒和封头焊接处、筒体同断板焊缝这些部件连接的区域有受到腐蚀而减薄的问题[1]。其长度大概为占有外壳全部周长的1/4；而壳体减薄的最大值达到了，占原设计壁厚的29%。从数据上可以看出所调查的核电厂的汽水分离器壳体减薄的问题已经比较严重，若不及时有效的处理，将导致继续减薄后设备失效的不良后果，也严重损害了核电厂各机组、设备的运行安全性。
在这样的背景下，通过对设备结构的结合分析，以腐蚀机制和模式等方面对此项问题出现的根本原因做了分析。结合当前的设备壳体减薄现状，在计算出的最小设备壳体运行安全值的指导作用下，对解决本项问题的时机和措施展开了分析[2]。 一、汽水分离再热器壳体减薄的原因 1.错别补焊对汽水分离再热器壳体减薄的影响
主要是在壳体减薄的部位发现封头和筒体有局部错边，而壳体错边区域和减薄区域有所重合，但考虑到所有设备入厂时的检查，若错边补焊有很大影响，则不可能通过入厂检测，因此错边补焊仅为附带影响因素。 2.汽水分离再热器的壳体结构
在核电厂汽水分离再热器的日常运营中，蒸汽通过该处的流体通道时会发生离心作用，并在作用下向内部管道进口处的壳体壁面甩去，造成该部分壳体受到极强的破坏和冲击。而这部分也正是壳体减薄的部分，可以认为汽水分离再热器的壳体结构是造成其壳体减薄的重要因素[3]。
3.汽水分离再热器的壳体运行环境
在汽水分离再热器的蒸汽分布管中，主要利用的是高压缸来排送蒸汽气体，其含有较饱和的水分，对壳体的冲击力也较强。汽水分离再热器的壳体减薄区域能够轻易形成两相流的气流运行状况，在蒸汽和水分的混合物作用下对壳体造成冲刷性损伤。再加上高饱和蒸汽作为环境介质，对壳体材料的腐蚀作用更强，最后通过流动加速腐蚀的方法让汽水分离再热器的局部壳体减薄。
4.汽水分离再热器壳体的材料
汽水分离再热器的壳体的制作材料主要是碳钢，而这种铬含量低的材料在两相流的运行环境之中，很容易出现流动加速腐蚀，让该环境中很容易出现壳体减薄。 5.汽水分离再热器减薄的壳体部位
汽水分离再热器的减薄部分具有明显的冲刷、被腐蚀痕迹，主要是因为单相液或汽-液双向流把壳体的碳钢材料表面的一层保护性氧化膜给溶解了，使得受腐蚀部位的氧化膜逐渐减薄，其所保护的碳钢材料也减薄的更快了。 6.汽水分离再热器壳体减薄的机制
在流动的单相液或两相混合湿蒸汽之中，尤其是汽-液双向流，很容易将钢铁制材料表面所生成的四氧化三铁氧化膜溶解或冲走，让内在的材料暴露在液流的直接冲刷作用下，更容易发生流动加速腐蚀的作用，造成汽水分离再热器壳体在较严重的腐蚀快速减薄。 通过以上的分析，我们可以得出，汽水分离再热器壳体减薄区域既受自身形状造成的离心力水滴的作用，也受到随之形成的两相流高饱和蒸汽的壳体运行环境作用，还由于汽水分离再热器壳体的碳钢材料对流体流动腐蚀的敏感性较高，这些共同造成了汽水分离再热器壳体减薄的产生。
二、汽水分离再热器壳体减薄的处理 1.处理的时机
就汽水分离再热器的壳体减薄区域所能承受的壁厚最小值展开研究，得出其材料极限值为汽水分离再热器壳体减薄的23mm，若小于此数值，设备将直接失效；大于此数值，则汽水分离再热器壳体内壁的应力值要小于材料极限值，设备能够保持稳定的安全的运行。 2.处理的措施
首先，来分析一类其他工艺的可行性，例如喷涂工艺： （1）喷涂工艺的概述
是一类为了提高材料的抗腐蚀性，而在容器或器具的内、外壁做表面喷涂的方式。但是喷涂的图层本身比较松脆，也很容易产生出气泡和化学反应，加上它能够使材料机体的导热难以均衡，因此喷涂涂层的结构性能和在本项问题处理上的使用性能都比较差。还可能会因为表面结晶的干扰和通材料机体结合不良等问题，造成使用后的设备内污染。 （2）汽水分离再热器喷涂修复的风险问题
可能会影响核电厂生产设备内的水质，而喷涂作业中材料渗入的氧化物会降低其综合性能，喷涂的涂层尽管能够在操作后的短时间内有一定的抗腐蚀性，但高温高压高湿度的设备运行环境，可能导致涂层很容易脱离，其后设备本体材料又将遭受进一步的腐蚀作用，损害了汽水分离再热器设备的安全性，也给核电厂总体生产线运营增加了风险。
许多其他方法的使用效果都不太好，而核电厂的设备一般采用的是焊接的方法，需要综合考虑以下几个方面
（1）材料是否具有可焊接性
查阅本项汽水分离再热器的壳体材料的相关资料，从出厂证明中分析其碳含量要要小于0.3%，具有适合焊接的优良性能，而尽管汽水分离再热器的壳体减薄，但其减薄处整体无污染，壳体材料具有一定的纯度，这是焊接的良好条件。
（2）焊接工艺是否能够满足汽水分离再热器壳体的处理要求
汽水分离再热器容器的壳体材料是低碳钢（与国内的板材Q245R相同），再加上在核动力工程中，碳钢材料的焊接工艺和技术已被广泛应用，已发展成为一项成熟的材料热加工专业技术。在本次的处理方案研究中，应用焊接工艺试验和特殊评定的方法来考察其是否使用，
也得出了比较合理的焊接工艺常数，因此，我们可以认为使用焊接工艺能够做好汽水分离再热器壳体的处理。
（3）在焊接修复后的汽水分离再热器设备的使用性能
焊接修复的主要操作部分是在汽水分离再热器壳体减薄处，需要将此次的壁厚焊接到原先设计的壳体壁厚，保障修复后的汽水分离再热器设备符合设计强度的要求，并且能够同核电机组共同进行安全、稳定的生产运行。
综上所述，可以看出，利用焊接工艺来处理汽水分离再热器壳体减薄处，能够使其回复到原先设计的厚度和功能，具有很好的可行性。此外，还可以对汽水分离再热器的壳体减薄部分做进一步的加固处理，也加强了该处壳体对各种影响腐蚀性因素的抵抗力。
我们可以发现，错别补焊对壳体减薄的影响比较小，而是壳体结构、运行环境、材料、壳体部位等因素共同作用下，使得汽水分离再热器的该部分壳体由于结构离心力和自身碳钢材料的构成，在高温、高压、高湿度的双向混合湿蒸汽的快速腐蚀冲刷作用下，该部位快速减薄。我们应当在汽水分离再热器壳体减薄到材料极限值23mm之前来做好处理措施，在分析了喷涂工艺的不适合和风险之后，得出焊接工艺才是处理壳体减薄的重要适用方法，能够加强其厚度和生产的功能性，适用于核电厂所需要的安全稳定的可持续发展的状态。 参考文献
[1]核电厂高功率时汽水分离再热器隔离的可行性分析[J]. 何志虎,张迎强. 科技经济导刊. 2019(23).
[2]2018年底“华龙一号”国内首台汽水分离再热器研制成功[J]. 能源与环境. 2019(03). [3]美国西屋电气公司、法国阿尔斯通——大西洋公司和西德动力设备联合企业的汽水分离再热器之生产和开发[J]. 罗元荪. 发电设备. 1989(10).
核电厂汽水分离再热器的壳体减薄原因与策略分析
