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1、上海應用技術學院研究生課程（論文類）試卷2015/2016學年第二學期課程名稱：材料失效分析與壽命評估諜稈代碼：NXO1020031▼11W學生姓名：丁艷花專業(yè)、學號：材料化學工程156081101學院：材料科學與工程學院課程（論文）成績：課程（論文）評分依據(jù)（必填）:任課教師簽字:日期：年月曰凝汽器鐵管管壁減薄的失效分析報告1?失效現(xiàn)象描述秦山第三核電公司l#700MW重水堆核能發(fā)電機組2A凝汽器。該凝汽器從2002年8月起投入使用，實際運行時間8年左右。根據(jù)資料記載,1#機組第3次例行犬修吋，管外壁減薄程度較輕,但在第
2、4次例行人修時發(fā)現(xiàn)管外壁減薄程度加深,在2010年5月第5次例行大修時發(fā)現(xiàn)部分鈦管外壁減薄現(xiàn)象相當明顯。各機組凝汽器缺陷管主要分布在冷凝管塔式分布的最外側。據(jù)專業(yè)人員介紹，大修后對缺陷管抽管檢查后發(fā)現(xiàn)，管壁減薄主要集中在支撐板處，減薄位置和減薄程度各不相同。如果讓異常減薄缺陷管繼續(xù)運行，有可能引起管穿孔的泄漏事件。2?背景描述凝汽器是大型汽輪機循環(huán)設備中的重要環(huán)節(jié)。其中的冷凝管起到將蒸汽凝結成水的作用,是凝汽器中的核心部件。冷凝管一旦發(fā)生破損將導致冷卻水泄露并污染循環(huán)水，從而會對整個系統(tǒng)的正常運行造成嚴重影響。因此冷凝管的
3、選材質量決定了凝汽器的安全可靠性與使用壽命。工業(yè)純鈦作為冷凝管最常用的材料,具有良好的力學性能與耐蝕性能。在復雜運行工況下，純鈦材料仍有可能發(fā)生磨損、腐蝕等常見的材料失效現(xiàn)象，引發(fā)冷凝管破損并導致冷卻水泄露并污染循環(huán)水,由此對凝汽器的正常運行帶來安全隱患。若不找到這一過早失效的真正起因,并采取有效的防護措施，最終必將導致鈦管泄漏，不但經(jīng)濟損失巨大，甚至有可能引發(fā)重大安全事故。國內關于凝汽器鈦管的案例的產生原因大致可分為以下幾類：第一類，由于相關方面施工建造吋就存在不當操作或不當設計導致運行中出現(xiàn)落物砸傷或凝汽器自身運行故障
4、。如國華太倉發(fā)電超臨界機組發(fā)牛凝汽器鈦管泄露導致冷凝水水質不合格，其原因在于上部低壓加熱器表面隔板未按規(guī)定安裝,導致隔板掉落砸傷引起泄露。再如未充分考慮到鈦管共振問題由于鈦管本身管壁極薄(0.5mm到0.7mm),強烈的震動極易導致鐵管破裂引起泄露，這點在寶鋼電廠與大亞灣核電站的運行中已經(jīng)得到了證實此外還存在著鈦管板間焊接質量不良,鐵管與支撐板鎮(zhèn)孔脹接時脹接率不高等問題。第二類，在施工安裝時并未有明顯問題出現(xiàn)，而是在具體運行屮由于環(huán)境作用或檢修操作而引起的。一般而言，凝汽器在運行中由于管側通入為海洋水，因此海洋水中的異物混
5、入是凝汽器正常運行中出現(xiàn)故障的一大原因。如臺州發(fā)電廠凝汽器鈦管發(fā)生泄漏的最主要原因即是貝類和泥沙進入管內引起磨損與沖刷。另一主要原因則是鐵金屬本身易發(fā)生氧脆反應,導致鈦氮化物生成進而破損斷裂。國際上由于英、美、口等國率先開始鈦材在發(fā)電站凝汽器的應用，因此對于這方面的研究很早就開始進行，其研究范圍也相當廣泛。但鈦管發(fā)生故障的原因與國內的有關報道具有一定相似性。其中異物沖刷與氫脆是報道最多的兩個失效原因。Shalaby等報道的凝汽器鈦管失效案例，由于海水側貝殼等雜物進入發(fā)生磨損導致的。此外他們也報道了凝汽器內部鈦管與黃銅管板發(fā)
6、生腐蝕的案例，指出了氫脆現(xiàn)象在海水水溫升高的環(huán)境下較易發(fā)生。Fulford等人則通過對美國佛羅里達公司電站發(fā)生的不同幾個鈦管失效樣品,分析發(fā)現(xiàn)，在海水側的陰極保護不足情況下鈦管極易發(fā)生氫脆現(xiàn)象進而引起冷凝器發(fā)生事故。他們利用力學與環(huán)境實驗輔以模擬分析驗證了這一觀點2?失效分析過程針對該凝汽器中失效鈦管的管壁異常減薄現(xiàn)象展開失效分析。通過現(xiàn)場調查和取樣，并對得到的樣品進行一系列的試驗和分析。為此，綜合運用失效分析的基礎理論與表征分析方法，從以下兩方面對秦山三期核電機組凝汽器鈦管的這一失效現(xiàn)象進行研究。首先,采用化學成分分析、
7、金相組織觀察、力學性能測試等手段對取得的在役鈦管進行了檢驗,并對常溫拉伸斷口進行了微觀形貌觀察。結果表明,所用的工業(yè)純鈦管組織結構與各項性能均符合相應的標準要求，材質評定合格，因此失效原因主要來自于外界作用而非材質問題。其次,對發(fā)生異常減薄的冷凝管進行現(xiàn)場調查與取樣。由于減薄管表面磨損區(qū)的位置與形貌均存在明顯的差異，因此采用掃描電鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS),以及三維體式顯微鏡(3D-OM)等儀器，對磨損面進行了形貌觀察與成分分析;同時,對鈦管表面沉積物收集后進行了熱重分析(TGA)、紅外光譜分析(FTIR)與X射線
8、衍射分析(XRD)o結果表明,鈦管管壁減薄的主要原因是由于鎮(zhèn)孔本身加工不良、加Z支撐鋼板表面的銹蝕物進入導致的接觸磨損。此外存在異物顆粒造成三體接觸磨損，開機時熱應力作用等因素，最終導致管壁異常減薄。此外，在現(xiàn)場調研時還發(fā)現(xiàn)了少量的點蝕鈦管。取樣后經(jīng)SEM、EDS、3D-0M等分析，并結合實際運行工況后
