材料失效分析報告文案

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1、........上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院研究生課程（論文類）試卷2015/2016學(xué)年第二學(xué)期課程名稱：材料失效分析與壽命評估課程代碼：NX0102003?學(xué)生姓名：丁艷花專業(yè)﹑學(xué)號：材料化學(xué)工程156081101學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)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：年月日.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.........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1#700MW重水堆核能發(fā)電機(jī)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。

2、根據(jù)資料記載,1#機(jī)組第3次例行大修時,管外壁減薄程度較輕,但在第4次例行大修時發(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(dāng)明顯。各機(jī)組凝汽器缺陷管主要分布在冷凝管塔式分布的最外側(cè)。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(jī)循環(huán)設(shè)備中的重要環(huán)節(jié)。其中的冷凝管起到將蒸汽凝結(jié)成水的作用,是凝汽器中的核心部件。冷凝管一

3、旦發(fā)生破損將導(dǎo)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(yán)重影響。因此冷凝管的選材質(zhì)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(xué)性能與耐蝕性能。在復(fù)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(dǎo)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(hù)措施,最終必將導(dǎo)致鈦管泄漏,不但經(jīng)濟(jì)損失巨大,甚至有可能引發(fā)重大安全事故。國內(nèi)關(guān)于凝汽器鈦管的案例的產(chǎn)生原

4、因大致可分為以下幾類：.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.........第一類,由于相關(guān)方面施工建造時就存在不當(dāng)操作或不當(dāng)設(shè)計導(dǎo)致運行中出現(xiàn)落物砸傷或凝汽器自身運行故障。如國華太倉發(fā)電超臨界機(jī)組發(fā)生凝汽器鈦管泄露導(dǎo)致冷凝水水質(zhì)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(dǎo)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(qiáng)烈的震動極易導(dǎo)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(zhì)量不良，鐵管與支撐板鏜孔脹

5、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),而是在具體運行中由于環(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(cè)通入為海洋水,因此海洋水中的異物混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(jìn)入管內(nèi)引起磨損與沖刷。另一主要原因則是鐵金屬本身易發(fā)生氫脆反應(yīng),導(dǎo)致鈦氫化物生成進(jìn)而破損斷裂。國際上由于英、美、日等國率先開始鈦材在發(fā)電站凝汽器的應(yīng)用,因此對于這方面的研究很早就開始進(jìn)行,其研究范圍也相當(dāng)廣泛。但鈦管發(fā)生故障的原

6、因與國內(nèi)的有關(guān)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(cè)貝殼等雜物進(jìn)入發(fā)生磨損導(dǎo)致的。此外他們也報道了凝汽器內(nèi)部鈦管與黃銅管板發(fā)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(dá)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(cè)的陰極保護(hù)不足情況下鈦管極易發(fā)生氫脆現(xiàn)象進(jìn)而引起冷凝器發(fā)生事故。他們利用力學(xué)與環(huán)境實驗輔以模擬分析驗證了這一觀點.專業(yè)學(xué)習(xí)資料.........3.

7、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(diào)查和取樣,并對得到的樣品進(jìn)行一系列的試驗和分析。為此,綜合運用失效分析的基礎(chǔ)理論與表征分析方法,從以下兩方面對秦山三期核電機(jī)組凝汽器鈦管的這一失效現(xiàn)象進(jìn)行研究。首先,采用化學(xué)成分分析、金相組織觀察、力學(xué)性能測試等手段對取得的在役鈦管進(jìn)行了檢驗,并對常溫拉伸斷口進(jìn)行了微觀形貌觀察。結(jié)果表明,所用的工業(yè)純鈦管組織結(jié)構(gòu)與各項性能均符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求,材質(zhì)評定合格,因此失效原因主要來自于外界作用而非材質(zhì)問題。其次,對發(fā)生異常減薄的

8、冷凝管進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)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(jìn)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(jìn)行了熱重分析(TGA)、紅外光譜分析(FTIR)與X射線衍射分析(XRD)。結(jié)果表明,鈦管管壁減薄的主要原因是由于鏜孔本身加工不良、加之支撐鋼板表面的銹蝕物進(jìn)入導(dǎo)致的接觸磨損。此外存在異物顆粒造成三體接觸磨損,開機(jī)時熱應(yīng)力作用等因素,最終導(dǎo)致管壁異常減薄。