對大亞灣及嶺澳核電站所有的旁路給水隔離閥進行解體檢查時，發現導流環均存在不同程度的缺損。對缺損的導流環進行宏觀形貌、化學成分、金相、掃描電鏡、流體力學模擬等分析。結果表明，導流環的介質流速超出廠家要求限值從而使導流環發生流體加速腐蝕和空泡腐蝕。根據導流環缺損原因，提出了相應的糾正措施。

1、引言

　　核電廠給水系統(ARE)的功能是向蒸汽發生器(SG)提供給水。大亞灣及嶺澳核電站的每臺SG的給水管線上都設有給水調節站，每個給水調節站由1個主給水調節閥(031/032/033VL)和1個旁路調節閥(242/243/244VL)組成，在各調節閥的兩側都設有電動隔離閥(051~062VL)。給水管線隔離閥主要用于機組啟-停過程中主、旁路給水管線的隔離。機組正常運行時，旁路給水調節閥與隔離閥均處于全開狀態。旁路給水管線隔離閥為平行閘板閥，閥體流道采用文丘里管結構形式，為減少流體阻力損失，閥瓣支架上設有導流環裝置。

　　2009年1月至12月期間，嶺澳核電站2號機組的3臺SG給水調節閥的開度一直存在偏差較大現象，閥門031VL所在旁路給水管線流量明顯低于其他2條管線。在隨后的停堆換料大修中檢查發現隔離閥053VL導流環斷裂脫落。對大亞灣及嶺澳核電站其余的旁路給水隔離閥進行解體檢查發現：導流環均存在不同程度的缺損，導流環壁厚嚴重減薄，內外側部分材料脫落。

　　由于導流環缺損存在共模故障，嚴重影響SG水位穩定及下游設備運行安全。本文通過化學成分分析、金相檢驗、掃描電鏡分析等方法對缺損的導流環樣品進行相應的檢驗和缺損原因分析。

2、原因分析

2.1、分析對象

　　分析對象為4個缺損的導流環：大亞灣核電站2號機組ARE導流環(D2ARE053VL)、嶺澳核電站1號機組ARE導流環(L1ARE053VL和L1ARE062VL)以及嶺澳核電站2號機組ARE導流環(L2ARE053VL)。

2.2、宏觀形貌

　　導流環壁厚測量結果表明，壁厚從一側向另一側呈單調變化，說明導流環的減薄與流動方向緊密相關。目視觀察可見，導流環內壁出現大量拉長狀蝕坑，局部蝕坑已連接成片。體視鏡觀察可見，導流環內壁表現出扇貝狀形貌(圖1)，為典型的單相流流動加速腐蝕(FAC)形貌。有些部位呈現肉眼可見的宏觀蝕坑和扇貝狀形貌的混合體(圖2)。

圖1 導流環內壁宏觀形貌

圖2 宏觀蝕坑和扇貝狀形貌的混合體2.3 化學成分分析

　　從導流環上取樣做化學成分分析，材料化學成分均符合ASTMA216WCB標準。導流環的使用時間與FAC敏感合金元素Cr、Mo、Cu等含量間的關系見表1，其中Cr對FAC減緩作用最明顯。研究表明，Cr含量從0.027%增大到0.18%，單相流FAC相對速率會降低約3/4。為防止FAC發生，核電廠常規島多采用Cr含量為0.20%的碳鋼管道。

表1 導流環中FAC敏感合金元素化學成分

2.4、金相與掃描電鏡分析

　　導流環金相組織比較均勻(圖3)，主要是鐵素體(白色部分)和少量珠光體(黑色部分)。導流環表面掃描電鏡形貌為扇貝狀形貌(圖4)，為典型的FAC特征。進一步分析發現損傷向深度方向擴展的蝕坑呈海綿狀，為空蝕的特征，可判定發生了FAC與空蝕的聯合作用。

圖3 導流環金相組織

圖4 流環表面掃描電鏡形貌

2.5、能譜分析及硬度檢測

　　導流環能譜分析結果表明，導流環的表面膜中檢測到的Cr含量與基體中的Cr含量一致。采用顯微硬度計測量導流環試樣的硬度，無論是減薄還是未減薄區域的硬度值均在150~167HV之間，這說明硬度不是影響導流環缺損的主要因素。

2.6、工作環境分析

　　使用超聲探測設備測量大亞灣及嶺澳核電站2號機組在滿功率下的旁路給水流量。大亞灣核電站2號機組旁路給水平均流量為432t/h，嶺澳電站2號機組旁路給水平均流量為473t/h，均超過旁路給水額定流量295.2t/h，造成此現象的主要原因是核電廠在設計階段選用的旁路給水調節閥保留了很大的調節余量，其全開時的對應流量(大亞灣和嶺澳核電站分別為549.78、541.67t/h)接近2倍的額定流量。經計算，兩電廠旁路給水隔離閥導流環介質實際流速均超過了20m/s，遠超廠家要求限值(13.72m/s)。制造廠提供的閥門資料顯示，流速超過13.72m/s的介質會導致閥體內部嚴重腐蝕。為了分析導流環缺損情況與介質流態間的關系，使用Fluent流體軟件建立給水母管與旁路給水管線模型。流體力學模擬分析結果表明，現場具備導流環發生空蝕的條件。

3、經驗反饋

　　大亞灣核電站的參考電廠(GRAVELIN)旁路給水設計流量為327t/h，旁路給水隔離閥為SEREG公司制造的全通徑閥。經咨詢法國電力公司專家，該類閥門未設導流環裝置，法國電力公司所屬核電廠沒有發生過類似事件。嶺澳核電站3號、4號機組旁路給水隔離閥選用不帶導流環的全通徑楔形閘閥。寧德核電廠1號、2號機組旁路給水隔離閥選用不帶導流環的全通徑平行閘閥。

4、分析結果及糾正措施

　　旁路給水調節閥全開時的實際流量遠大于旁路給水設計流量，與旁路給水隔離閥閥體流道采用文丘里管結構一起造成導流環的介質流速超出廠家要求限值，致使導流環發生FAC和空蝕。并且導流環材料Cr含量低，導致其耐FAC性能更差，加速導流環缺損。

　　因此，大亞灣及嶺澳核電站旁路給水隔離閥導流環缺損的根本原因是導流環介質流速超出廠家要求限值從而使導流環發生FAC和空蝕。為降低導流環介質流速，且考慮到改變在役核電廠機組控制(同時調整主、旁路給水調節閥的開度)會引入新的潛在風險，參考外部經驗反饋對大亞灣及嶺澳核電站旁路給水隔離閥進行換型替代，其中閥門選用抗FAC性能高的材料。鑒于大亞灣及嶺澳核電站旁路給水隔離閥以往一直沒有檢修要求，優化其維修周期，以便檢查和更新閥門導流環的使用狀態。