[发明专利]一种核电装置换热器失效原因的判定方法

说明书

技术领域

本发明属于核电装置检测技术领域，具体涉及一种核电装置换热器失效原因的判定方法，尤其是涉及一种再循环冷却水换热器传热钛管的失效原因的判定方法。

背景技术

基于水资源、节能和核电装置安全等的综合考虑，我国在用或新建的核电站绝大多数建在滨海地区，并以海水为介质，通过热交换方式冷却用于核岛、常规岛系统的除盐水和饱和蒸汽。核电站常用的换热器是一种卧型管壳式热交换设备，管壳侧介质分别是海水和除盐水。换热器内置钛管，钛管用碳钢板穿孔支撑，两端用钛/钢复合管板固定，海水侧覆盖一层标准的钛板。实际使用过程中，由于天然海水通常含有泥沙，而且盐分和氯离子含量高，有较强的腐蚀磨损作用，一旦换热器在设计、选材、制造、安装、维护等某一环节处理不当，即会在海水环境下形成选择性的腐蚀磨损工况，大大缩短使用寿命。因而，换热器在海水介质下是否能正常运行，将直接关系到整个核电装置的使用寿命及其结构完整性。

核电站循环冷却水（RCW）换热器传热钛管发生过若干起过早失效的复杂案例。如某滨海地区进口核电站的RCW换热器传热钛管设计寿命为40年，但使用不到3年就频繁发生许多钛管的失效案例，而且失效形式多样，换热器传热钛管失效对核电装置的正常运行产生了重大影响。但目前没有系统的钛管失效分析办法，无法对钛管失效原因进行准确分析。所以对钛管的各种失效开展系统的表征分析，正确确定各种钛管失效的不同起因，研究RCW换热器传热钛管失效原因的分析方法，可以为快速、正确、有效地解决复杂的钛管过早失效提供重要的依据。研究成果不仅对确保我国在用或新建的核电装置在海水介质中的安全运行有重要意义，而且对电力、石化、化工、冶金等其他工业的换热器在海水中的有效防护也具有实用参考价值。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种可以快速、正确、有效地判断RCW换热器传热钛管失效原因的判定方法。

本发明提出的核电站再循环冷却水换热器传热钛管的失效判定方法，具体步骤如下：

步骤一：对失效钛管外观进行形貌观察，重点检查海水入口侧管板口的外观状况，包括管板与钛管之间是否采用密封焊，管板与钛管之间是否有锈蚀痕迹，管内是否有贝壳、泥沙等异物堵塞，以及管板表面是否有局部机械割痕等；

步骤二：对失效钛管破口形貌进行检测，结合步骤一的外观形貌观察，对失效原因进行分类，并建立失效原因的初步判定方法，其中所述失效原因分为4种：氢鼓泡、表面凹坑、异物堵塞和微动磨损，异物堵塞又分为贝壳堵塞、泥沙堵塞、橡胶带堵塞等；

步骤三：在步骤二得出初步判断的基础上，采用红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、X射线荧光分析（XRF）、原子吸收光谱（AAS）、三维体视电镜、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES) 、X射线衍射分析（XRD）、热失重分析（TGA）等检测手段中的一种或多种，对破口表层、内外壁边缘等部位进行综合分析和测试，从而得出确定的钛管失效原因。

本发明步骤二中，失效原因为氢鼓泡的，其导致失效的破口的特征为：形状似椭圆，外壁边缘明显向里凹，内壁及附近表面均光滑，破口明显朝里弯；失效原因为表面凹坑的，其导致失效的破口的特征为：形状均为准圆形，大小在1.5～2.5mm之间，深的为孔形，浅的为钱币形，破口间的分布间距有一定规律。

本发明步骤二中，失效原因为贝壳堵塞的，其导致失效的破口的特征为：边缘凹凸不平，形状为马蹄形，具有冲刷磨损形态。

本发明步骤二中，失效原因为泥沙堵塞的，其导致失效的破口的特征为：破口外壁表面没有磨损痕迹，破口内壁有多条平行的挤压条痕，且窄形大条痕发生褶皱，有局部塑性大变形的痕迹。

本发明步骤二中，失效原因为橡胶带堵塞的，其导致失效的破口的特征为：内壁形成多根塑性变形的、弯折的刀刃条或者形状为马蹄形，具有冲刷磨损特征，同时结合步骤一外观观察结果进行综合判定。

本发明步骤三中，采用SEM方法、X射线光电子能谱仪（XPS）、二次离子质谱仪（SIMS）和XRD四种方法相结合，可以对失效部位内外壁边缘表面微区形貌以及材料的组成、氢元素含量、化合物种类及物相结构等进行了综合分析，通过分析结果可以判定出氢鼓泡导致的钛管失效。

本发明步骤三中，采用SEM方法与EDS方法，结合宏观形貌观察，可以判定出表面凹坑引起的钛管失效。

本发明步骤三中，采用SEM方法与EDS方法，结合宏观形貌观察，可以判定出异物堵塞引起的钛管失效。