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船舶核动力装置Marine Nuclear Power Plants核科学与技术学院核科学与技术学院（V2009.04.04）MNPP-C04-L137/5/20241核动力装置 5.3 一回路系统的腐蚀特点一回路系统的腐蚀特点l一回路系统中常用的材料有锆合金、不锈钢、镍基合金、一回路系统中常用的材料有锆合金、不锈钢、镍基合金、钛合金钛合金l锆合金的腐蚀锆合金的腐蚀l不锈钢的腐蚀不锈钢的腐蚀7/5/20242核动力装置核动力装置（1）锆合金的腐蚀）锆合金的腐蚀l锆锆-2和锆和锆-4合金属于锆锡合金合金属于锆锡合金l锆锆-2合金（合金（1.55Sn，0.15Fe，0.10Cr，0.05Ni）由于含镍，）由于含镍，吸氢能力很强，易发生氢脆现象吸氢能力很强，易发生氢脆现象l锆锆-4合金（合金（1.55Sn，0.20Fe，0.10Cr，Ni0.007）的含镍）的含镍量降低，但机械性能与锆量降低，但机械性能与锆-2合金相当，吸氢量仅为锆合金相当，吸氢量仅为锆-2合合金的金的1/31/2l锆合金在高温水中表面生成氧化膜，具有良好的抗腐蚀作锆合金在高温水中表面生成氧化膜，具有良好的抗腐蚀作用，但氧化膜增加到一定厚度时，腐蚀速度突然增加，随用，但氧化膜增加到一定厚度时，腐蚀速度突然增加，随后又逐渐减缓，并趋于定值后又逐渐减缓，并趋于定值7/5/20243核动力装置核动力装置氢脆现象氢脆现象l锆锆-2合金和水反应产生氢气，部分氢气穿过氧化膜扩散到合金和水反应产生氢气，部分氢气穿过氧化膜扩散到锆合金中被吸收锆合金中被吸收l被吸收的氢通过热扩散在金属中的低温处浓集，当局部浓被吸收的氢通过热扩散在金属中的低温处浓集，当局部浓集的氢超过氢在锆中的溶解度时，会在晶格边界和晶面上集的氢超过氢在锆中的溶解度时，会在晶格边界和晶面上析出氢化锆，使锆的脆性增加，形成氢脆现象析出氢化锆，使锆的脆性增加，形成氢脆现象l氢化锆可降低金属的机械性能，并使金属的腐蚀加剧氢化锆可降低金属的机械性能，并使金属的腐蚀加剧7/5/20244核动力装置核动力装置影响锆合金腐蚀的主要因素影响锆合金腐蚀的主要因素l温度：温度：温度升高，达到转折点时间缩短，腐蚀加剧温度升高，达到转折点时间缩短，腐蚀加剧l冷却剂流速：冷却剂流速：010m/s范围内，对腐蚀没有太大影响范围内，对腐蚀没有太大影响l中子通量：中子通量：影响较小影响较小l热通量：热通量：热通量大则腐蚀加剧，吸氢量也增加热通量大则腐蚀加剧，吸氢量也增加lpH值：值：碱性溶液会加速腐蚀，碱性溶液会加速腐蚀，pH值值11.3时影响不明显时影响不明显l卤素离子：卤素离子：微量氟离子能显著增大锆合金的初始腐蚀速率微量氟离子能显著增大锆合金的初始腐蚀速率和吸氢量和吸氢量7/5/20245核动力装置核动力装置（2）不锈钢的腐蚀）不锈钢的腐蚀l在高温高压除气水中一段时间后，能够在表面形成一层尖在高温高压除气水中一段时间后，能够在表面形成一层尖晶石型氧化膜，起到保护作用晶石型氧化膜，起到保护作用l应力腐蚀应力腐蚀 不锈钢在含有氯化物的水溶液中，在应力作用下发生脆性不锈钢在含有氯化物的水溶液中，在应力作用下发生脆性破裂，即不锈钢氯离子应力腐蚀。破裂，即不锈钢氯离子应力腐蚀。l腐蚀特点腐蚀特点 当金属在小于强度极限的应力作用下，且无明显的外观变当金属在小于强度极限的应力作用下，且无明显的外观变化时而遭到破坏。化时而遭到破坏。7/5/20246核动力装置核动力装置图图5-6 不锈钢在不锈钢在300水中的腐蚀过程水中的腐蚀过程7/5/20247核动力装置核动力装置不锈钢应力腐蚀的不锈钢应力腐蚀的机理机理l在加工不良处（如划痕）发生电化学腐蚀；在加工不良处（如划痕）发生电化学腐蚀；l腐蚀产物与腐蚀产物与Cl作用产生氯化物进入介质，使金属不能形作用产生氯化物进入介质，使金属不能形成保护膜，腐蚀向深处发展；成保护膜，腐蚀向深处发展；l在应力作用下裂缝处应力比较集中，使奥氏体组织向在应力作用下裂缝处应力比较集中，使奥氏体组织向相相转变，裂缝加深而突然破裂。转变，裂缝加深而突然破裂。相组织：由于含金元素不足或材料在弯曲、轧延、冷冲相组织：由于含金元素不足或材料在弯曲、轧延、冷冲时由于晶格扭曲时发生相变形成时由于晶格扭曲时发生相变形成7/5/20248核动力装置核动力装置影响影响不锈钢应力腐蚀的主要不锈钢应力腐蚀的主要因素因素lpH值：值：pH=67 氯离子应力腐蚀最敏感，氯离子应力腐蚀最敏感，pH则腐蚀则腐蚀因为因为pH，OH-，阻碍腐蚀进行。，阻碍腐蚀进行。lCl、O2：Cl、O2 腐蚀腐蚀，而且互相影响，而且互相影响l材料应力情况：只在拉应力下发生，裂纹与最大主应力方向垂直。应材料应力情况：只在拉应力下发生，裂纹与最大主应力方向垂直。应力大，腐蚀敏感性大，易发生破裂。应力包括：外加载荷、热应力、力大，腐蚀敏感性大，易发生破裂。应力包括：外加载荷、热应力、加工残余应力。加工残余应力。l金属表面状态：有划痕，凹坑均增大应力腐蚀，故表面光洁度要求很金属表面状态：有划痕，凹坑均增大应力腐蚀，故表面光洁度要求很高。高。l温度影响温度影响l其它其它7/5/20249核动力装置核动力装置 图图5-7 产生应力腐蚀破裂的氧和氯离子浓度产生应力腐蚀破裂的氧和氯离子浓度l曲线右上方为出现曲线右上方为出现应力腐蚀的范围，应力腐蚀的范围，左下方为未发现出左下方为未发现出现破裂的范围现破裂的范围l介质中氯离子浓度介质中氯离子浓度低，或者溶氧浓度低，或者溶氧浓度低，都不足以引起低，都不足以引起应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂7/5/202410核动力装置核动力装置5.4二回路系统腐蚀特点二回路系统腐蚀特点l二回路系统中常用的材料有碳钢、不锈钢、镍基合金、钛二回路系统中常用的材料有碳钢、不锈钢、镍基合金、钛合金合金l凝给水系统的腐蚀特点凝给水系统的腐蚀特点l蒸汽发生器中的腐蚀特点蒸汽发生器中的腐蚀特点7/5/202411核动力装置核动力装置（1）凝给水系统腐蚀特点）凝给水系统腐蚀特点l凝给水系统大部分管系和设备采用碳钢结构，工作介质为凝给水系统大部分管系和设备采用碳钢结构，工作介质为凝水和蒸汽发生器给水凝水和蒸汽发生器给水l由于凝水系统在运行过程中处于负压状态，如果密封不严由于凝水系统在运行过程中处于负压状态，如果密封不严会使空气和海水漏入，污染凝水会使空气和海水漏入，污染凝水l最常见的腐蚀现象是溶氧腐蚀和游离二氧化碳腐蚀最常见的腐蚀现象是溶氧腐蚀和游离二氧化碳腐蚀7/5/202412核动力装置核动力装置溶解氧腐蚀的原理溶解氧腐蚀的原理l铁与水中溶解的氧发生如下反应：铁与水中溶解的氧发生如下反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2这是一种不稳定化合物，很容易发生以下反应：这是一种不稳定化合物，很容易发生以下反应：4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe(OH)2+2Fe(OH)3=Fe3O4+4H2O7/5/202413核动力装置核动力装置溶解氧腐蚀的特点溶解氧腐蚀的特点l金属表面形成许多小鼓包，直径为金属表面形成许多小鼓包，直径为130mm不等。表皮颜不等。表皮颜色为黄褐色或砖红色，次层为黑色粉末状，底部为腐蚀坑。色为黄褐色或砖红色，次层为黑色粉末状，底部为腐蚀坑。l腐蚀部位腐蚀部位 给水管道、疏水管道，停止工作后水未疏干的管道。给水管道、疏水管道，停止工作后水未疏干的管道。7/5/202414核动力装置核动力装置游离的游离的CO2腐蚀原理腐蚀原理l当水中溶有当水中溶有CO2时，腐蚀速率显著提高。这是由于：时，腐蚀速率显著提高。这是由于：CO2溶于水中形成碳酸，碳酸分步电离，水呈酸性。溶于水中形成碳酸，碳酸分步电离，水呈酸性。CO2+H2O=H2CO3H2CO3=H+HCO3HCO3=H+CO32 阳极生成阳极生成 Fe Fe2+2e 阴极生成阴极生成 2H+2e H27/5/202415核动力装置核动力装置图图5-8 水中水中CO2浓度对浓度对pH值和电导率的影响值和电导率的影响7/5/202416核动力装置核动力装置游离的游离的CO2腐蚀特征腐蚀特征l腐蚀产物是易溶的，金属表面不易形成氧化膜，腐蚀产物腐蚀产物是易溶的，金属表面不易形成氧化膜，腐蚀产物进入凝水和给水，并随水进入蒸汽发生器内，使炉水品质进入凝水和给水，并随水进入蒸汽发生器内，使炉水品质变坏。变坏。l多发生在凝水管道和设备中；多发生在凝水管道和设备中；l在在pH7的区域：如果水中有的区域：如果水中有O2和和CO2同时存在，腐蚀会同时存在，腐蚀会更加剧烈。因为更加剧烈。因为O2的电极电位高，易形成阴极；的电极电位高，易形成阴极；CO2使水使水呈酸性，破坏保护膜。呈酸性，破坏保护膜。l给水泵叶轮。由于除盐水碱性偏低，易使给水泵叶轮。由于除盐水碱性偏低，易使pH8时，时，Ca3(PO4)2迅速转化为碱式磷酸钙迅速转化为碱式磷酸钙10Ca2+6PO43+2OH Ca10(OH)2(PO4)6 这是一种松软泥垢，可以通过排污排掉。另外可以促使老水垢疏松。这是一种松软泥垢，可以通过排污排掉。另外可以促使老水垢疏松。运行中炉水要维持足够的运行中炉水要维持足够的PO43-浓度，可以理论计算，实际都凭经验确浓度，可以理论计算，实际都凭经验确定定7/5/202429核动力装置核动力装置2.协调磷酸盐法协调磷酸盐法l向炉水内添加酸式磷酸盐（向炉水内添加酸式磷酸盐（NaHPO4，NaH2PO4），使，使炉水中维持一定的炉水中维持一定的PO43-浓度，又能清除游离碱。浓度，又能清除游离碱。Na2HPO4+NaOH Na3PO4+H2ONaH2PO4+2NaOH Na3PO4+2H2O只要清除只要清除NaOH就不会产生碱性腐蚀，但可以水解形成就不会产生碱性腐蚀，但可以水解形成NaOHNa3PO4+H2O NaOH+Na2HPO4当炉水蒸发浓缩时，当炉水蒸发浓缩时，NaOH浓度增高，反应向左进行，浓度增高，反应向左进行，NaOH浓度自动降低，故不会产生碱性腐蚀。浓度自动降低，故不会产生碱性腐蚀。7/5/202430核动力装置核动力装置炉水中炉水中NaOH的来源的来源l当水中有碳酸盐时，主要是当水中有碳酸盐时，主要是NaHCO3和和Na2CO3的分解的分解 NaHCO3 NaOH+CO2 Na2CO3+H2O 2NaOH+CO2l碳酸盐与磷酸盐相互作用碳酸盐与磷酸盐相互作用 3Ca(HCO3)2+2Na3PO4 6NaOH+6CO2+Ca3(PO4)2游离游离NaOH是产生碱性腐蚀的根源。是产生碱性腐蚀的根源。7/5/202431核动力装置核动力装置图图 5-13炉水中炉水中PO43-与与PH值的关系值的关系l炉水中的炉水中的pH值应控值应控制在曲线以下制在曲线以下0.3pH处为宜处为宜lpH值在曲线以上，值在曲线以上，说明水中还有游离说明水中还有游离的的NaOHlpH值在曲线以下，值在曲线以下，说明水中有磷酸三说明水中有磷酸三纳和酸式磷酸盐纳和酸式磷酸盐7/5/202432核动力装置核动力装置3.全挥发处理全挥发处理l对采用镍基合金的蒸汽发生器采用磷酸盐处理还不能满足对采用镍基合金的蒸汽发生器采用磷酸盐处理还不能满足要求，还会产生腐蚀；要求，还会产生腐蚀；l如果给水和凝水的水质控制很严，进入蒸汽发生器的杂质如果给水和凝水的水质控制很严，进入蒸汽发生器的杂质就很少，可以通过排污去除；就很少，可以通过排污去除；l现代核电站都着重于对凝给水进行炉外处理。现代核电站都着重于对凝给水进行炉外处理。7/5/202433核动力装置核动力装置（1）全挥发处理）全挥发处理l向给水中加联氨，或环已氨等全挥发物质，这些添加物在向给水中加联氨，或环已氨等全挥发物质，这些添加物在蒸汽发生器运行参数下是全挥发的，不出现局部浓缩，而蒸汽发生器运行参数下是全挥发的，不出现局部浓缩，而是通过管道进入汽轮机、冷凝器中，又随凝给水进入蒸汽是通过管道进入汽轮机、冷凝器中，又随凝给水进入蒸汽发生器构成循环。发生器构成循环。l目的目的除去水中的溶解除去水中的溶解O2；控制给水的控制给水的PH值值。7/5/202434核动力装置核动力装置（2）零固体处理）零固体处理l对给水进行深度除盐，使给水硬度为零，总固体小于对给水进行深度除盐，使给水硬度为零，总固体小于0.51.0；l零固体处理法在直流和直流蒸汽发生器中已经使用，在凝零固体处理法在直流和直流蒸汽发生器中已经使用，在凝水管路中串联离子交换器进行水管路中串联离子交换器进行100%的离子交换净化，可的离子交换净化，可以防止蒸汽发生器内结垢；以防止蒸汽发生器内结垢；l采用此法也要与全挥发法同时使用，用此除氧和调整采用此法也要与全挥发法同时使用，用此除氧和调整pH值。值。7/5/202435核动力装置核动力装置5.6船舶核动力装置的水质监督制度船舶核动力装置的水质监督制度1.反应堆冷却剂的水质监督指标及控制反应堆冷却剂的水质监督指标及控制 反应堆及一回路系统在工作寿期内的安全运行具有重要影响；正确制反应堆及一回路系统在工作寿期内的安全运行具有重要影响；正确制定水质指标并在运行中严加控制，是确保冷却剂水质的基本前提。定水质指标并在运行中严加控制，是确保冷却剂水质的基本前提。2.蒸汽发生器炉水的水质指标和控制蒸汽发生器炉水的水质指标和控制 二回路的水质控制对蒸汽发生器的工作可靠性有直接影响，需要控制二回路的水质控制对蒸汽发生器的工作可靠性有直接影响，需要控制的对象包括炉水、给水和补充水的对象包括炉水、给水和补充水 7/5/202436核动力装置核动力装置p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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