發(fā)布時間：2020-07-18 08:08

【摘要】：核電廠二回路系統(tǒng)中的管道一般采用碳鋼或含鉻碳鋼制造,受到高溫高壓水的流動加速腐蝕(Flow Accelerated Corrosion,下面簡稱FAC)作用,其管壁厚度的減薄對管路的安全運行是一個嚴重的潛在威脅。本文旨在開展CAP1400常規(guī)島二回路管道材質(zhì)流動加速腐蝕(FAC)研究。本試驗搭建了單相FAC臺架,臺架在管內(nèi)壓力3.0MPa、流體溫度為150℃、流體流速為3.0m/s、流體PH值為9.5、流體中含氧量≤2.0ug/L的試驗工況下運行。試驗研究了采用不同管道材質(zhì)(A335P11、20#碳鋼和A106B碳鋼)的彎管、變徑、三通試驗段的腐蝕減薄現(xiàn)象以及減薄速率。得到了這三種試驗段最易發(fā)生FAC的位置處的腐蝕減薄速率,觀察了試驗后三個試驗段內(nèi)表面的表面形貌。實驗結(jié)果表明:(1)發(fā)生FAC最嚴重的部位是彎管內(nèi)弧面(最大減薄速率0.071mm/y)、變徑管的漸縮管段出口處(最大減薄速率0.055mm/y)以及三通管測試段的輔出水口處(最大減薄速率0.067mm/y)。變徑管段的整體減薄速率是最小的,而彎管段與三通段的減薄速率相對較快。(2)對比這三種材料的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)20#碳鋼和A106B碳鋼的腐蝕減薄速率明顯大于A335P11合金鋼。因為A335P11合金鋼的Cr含量明顯更高,而合金中Cr元素含量的增加會有效地提高其抗FAC性能。利用ANSYS FLUENT對試驗段內(nèi)流體進行了模擬,得出了試驗段內(nèi)的流場分布以及剪切應(yīng)力分布,通過計算得到了試驗段內(nèi)的傳質(zhì)系數(shù)。模擬結(jié)果表明:(1)彎管內(nèi)流體進入管道后,流體在彎管彎曲段沿徑向發(fā)生流速及壓力分層現(xiàn)象。內(nèi)弧壁面的剪切應(yīng)力沿著流體流動方向呈先增大后減小的趨勢;同時外弧壁面的剪切應(yīng)力沿著流體流動方向呈先減小后增大的趨勢。內(nèi)弧壁面的剪切應(yīng)力總體上大于外弧壁面。同時彎管中傳質(zhì)系數(shù)最大的地方也在彎曲段內(nèi)弧面。(2)在變徑管的漸擴段,流體的速度逐漸減小,而壓強逐漸增大;在漸縮段,流體的速度不斷增大,而壓強不斷減小。同上,變徑管中沿著流體流向,剪切應(yīng)力和傳質(zhì)系數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢。(3)三通管在兩個出口的分叉口處壓力較大;在兩個出口的分叉口處的流體流速也較快。這表明在分叉口處剪切應(yīng)力和傳質(zhì)系數(shù)較大,所受到的沖刷腐蝕較為嚴重。并且三通管段分叉口處剪切應(yīng)力和傳質(zhì)系數(shù)是整個試驗段中最大的。模擬結(jié)果的流線圖表明流體在經(jīng)過分叉口時一部分流體在對分叉口沖刷之后形成局部回流,產(chǎn)生漩渦,同時對管內(nèi)壁形成一定的沖刷腐蝕。在三通管的輔出水口處由于部分流體回流,導(dǎo)致該處流場非常地不穩(wěn)定,有較強的湍流,也是易發(fā)生FAC的位置。(4)管道內(nèi)壁面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)受管內(nèi)參數(shù)的影響。隨著流速的增加,傳質(zhì)系數(shù)隨之增加;傳質(zhì)系數(shù)不受系統(tǒng)壓力的影響;隨著溫度的增加,管內(nèi)壁面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)隨之增加。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM623
【圖文】：

圖 1-1 美國 Surry 核電廠凝結(jié)水管道 DN450 彎管破裂 US Surry nuclear power plant condensate pipeline DN450 elbow 9 號日本美濱（Mihama）核電廠 3 號機組的二回路突然斷裂，造成承包商員工 5 死 6 傷。約 885 噸蒸汽主控儀表板和其他安全相關(guān)設(shè)備。斷裂造成蒸汽發(fā)生堆自動停堆。斷裂管線是碳鋼制造，鉻含量小于 10.0mm ，斷裂最薄處厚度僅為 0.4mm，如圖 1-2 所流速為 2.2 m/s，管內(nèi)含氨流體在溫度為 25℃時 pH 為化學(xué)調(diào)節(jié)劑。經(jīng)過事后分析直接原因是冷凝管流量加速腐蝕，破裂段的實際 FAC 速率約為 0.5mm/1000

圖 1-1 美國 Surry 核電廠凝結(jié)水管道 DN450 彎S Surry nuclear power plant condensate pipeline DN 9 號日本美濱（Mihama）核電廠 3 號機組突然斷裂，造成承包商員工 5 死 6 傷。約 88控儀表板和其他安全相關(guān)設(shè)備。斷裂造成堆自動停堆。斷裂管線是碳鋼制造，鉻含10.0mm ，斷裂最薄處厚度僅為 0.4mm，如速為 2.2 m/s，管內(nèi)含氨流體在溫度為 25為化學(xué)調(diào)節(jié)劑。經(jīng)過事后分析直接原因是冷加速腐蝕，破裂段的實際 FAC 速率約為 0.5

圖 1-3 美浜核電站的管線排布Fig 1-3 Pipeline Arrangement of Mihama Nuclear Power Station在具有旋轉(zhuǎn)流動影響的彎頭和孔口的水隧道中進行了模擬子圖像測速法（PIV）測量速度場；在雷諾數(shù)為 Re = 3 1和沒有旋流的狀況下采用苯甲酸溶解法測量質(zhì)量傳遞速率圖 1-4 實驗裝置示意圖Fig 1-4 Diagram of experimental device

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10 游文泉,韓祖z

本文編號：2760636