核電站傳熱用不銹鋼管材料的研究

2021-08-26 09:29:02

核能是一種廉價、安全、可靠和清潔的新能源。這是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟的有效途徑。核電等能源建設(shè)是關(guān)系國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)工程。對于能源資源有限、能源消耗量居世界第一的我國來說，發(fā)展核電更具戰(zhàn)略意義。

自1954年蘇聯(lián)和1957年美國建立核電站以來，世界核電有了長足發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2006年全球在運核電站441座，分布在31個國家或地區(qū)，年發(fā)電量占總發(fā)電量的16%。目前，世界核電主要分布在北美、歐洲和東亞，核電機組占世界總量的74%，裝機容量占79.5%。排名前三位的美國、法國和日本核電設(shè)施占世界核電機組總數(shù)的49.4%和裝機容量的56.9%。據(jù)相關(guān)國際組織統(tǒng)計，由于能源和環(huán)境的雙重壓力，加上世界核能技術(shù)進步，世界將在2010年前后掀起核能建設(shè)高潮。未來，許多國家將建設(shè)先進大規(guī)模建設(shè)核電站，并繼續(xù)發(fā)展先進的核電站。能源系統(tǒng)。截至2008年3月，世界上核電發(fā)電量占總發(fā)電量25%以上的國家和地區(qū)有19個。其中，法國達到76.8%，歐盟為35%，美國為19.4%，日本為27.5%。目前僅超過1%。

我國核能發(fā)電起步較晚。我國大陸第一座核電站（即秦山核電站）于1994年投運。我國大陸共有3個核電基地，即浙江秦山核電基地，擁有5臺核電機組和4臺正在施工;廣東大亞灣核電基地，擁有4臺核電機組和2臺在建機組；江蘇田灣核電基地的2臺機組已投產(chǎn)。其他地區(qū)也在建設(shè)核電站。我國目前核電規(guī)模不大。為保障能源供應(yīng)安全，減少環(huán)境污染，我國將核能作為能源戰(zhàn)略的重要組成部分，政策是“積極推進核能建設(shè)”。 2006年2月國務(wù)院《國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》號文件將“先進大型壓水堆和高溫氣冷核電站”列為國家16項科技攻關(guān)項目。 2006年3月，國務(wù)院批復(fù)我國《國家中長期核電發(fā)展規(guī)劃》（2005-2020）號。 2020年核電規(guī)劃已經(jīng)出臺，經(jīng)過30年左右的時間，我國核電發(fā)電有望達到目前世界核電發(fā)展的平均水平。雖然2011年3月日本福島核事故讓人們開始重新審視核電，但不可否認的是，核電在經(jīng)濟性、清潔性等諸多方面確實優(yōu)于其他新能源。未來幾十年，核電將繼續(xù)保持強勁的競爭力。它以其清潔、安全、經(jīng)濟的優(yōu)勢，在保障能源供應(yīng)安全、促進環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、提高國民經(jīng)濟水平等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

蒸汽發(fā)生器位于核島上，其傳熱不銹鋼管是核電站的關(guān)鍵部件。目前世界上蒸汽發(fā)生器用傳熱不銹鋼管材質(zhì)多為Fe-Cr-Ni合金，主要有304、800系列奧氏體不銹鋼和600、690系列的鎳基合金。國外核電站已經(jīng)表明，以傳熱不銹鋼管應(yīng)力腐蝕開裂為代表的環(huán)境破壞是影響核電站安全運行的主要因素之一。因此，不銹鋼管材及其制造工藝成為研究的熱點。目前我國核電站蒸汽發(fā)生器用不銹鋼管基本靠進口。國家開展核能設(shè)備國產(chǎn)化工作取得初步成效。但是，有必要對材料的成分進行深入研究。熱處理、冷加工等因素對不銹鋼管使用壽命的影響規(guī)律、新材料研發(fā)及關(guān)鍵制造技術(shù)。

核電機組最早的傳熱管主要是304不銹鋼管和600合金管，傳熱管存在很多應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象，因此研究較多。后來又開發(fā)了690和800，這兩種材料都具有比較好的抗應(yīng)力腐蝕性能。也有很多研究報告。研究發(fā)現(xiàn)，在一定試驗條件下出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂的800合金表面嚴重貧Cr。表面膜主要是Ni和Fe的氧化產(chǎn)物，表面膜中最高的Cr可使氧化膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、致密、牢固，降低靈敏度。應(yīng)力腐蝕開裂。關(guān)于Fe-Cr-Ni四種合金材料的研究，認為影響不銹鋼傳熱管應(yīng)力腐蝕開裂的材料因素主要是Ni和Cr含量的變化。結(jié)構(gòu)需要深入研究，獲得抗應(yīng)力腐蝕開裂性能更好的材料。研究認為，材料的熱處理和變形加工技術(shù)也很重要，適當?shù)臒崽幚砉に嚳梢愿淖儾牧系慕M織結(jié)構(gòu)，從而提高鋼管的高溫抗氧化能力。

M.CxAlvarez 等人研究了核電廠堆芯外高壓等溫環(huán)境中800 合金氧化層的平均厚度。分析表明，氧化表面出現(xiàn)水合物，膜內(nèi)出現(xiàn)針狀物。 RSDutta 等。即冷變形后的800合金合金中還有少量馬氏體，在高溫蒸汽條件下，合金表面會出現(xiàn)Fe和Cr的氧化物。退火后，Alloy 800 形成了TiC 和TiN 顆粒，腐蝕點開始于那些大的多面體顆粒，而不是小的球形顆粒。 BTLu等研究發(fā)現(xiàn)抗應(yīng)力腐蝕斷裂與R Dehmolari等人的斷裂韌性有很大關(guān)系，發(fā)現(xiàn)800合金服役15年后，TiC會轉(zhuǎn)變?yōu)镃r23C6+Ni16Ti6Si7，服役過程中也會形成析出物并且材料的延展性和韌性有所下降。