秦山核电一期海水阀门的故障分析

摘 要：对原海水系统阀门故障模式进行分析，发现导致秦山一期海水阀门故障的主要原因为：1）冲刷腐蚀失效;2）原阀门结构选型存在不当;3）原阀门材质选择存在不足。

关键词：海水;泥沙;冲刷腐蚀;选型不当;选材不当

杭州湾地区海水工况较特殊，泥沙含量较高。秦山一期早期海水系统部分阀门存在一定的设计选型不合理的问题，导致海水系统阀门缺陷较多。作者作为秦山一期原海水系统阀门管理工程师，开发了一些海水系统阀门故障的状态报告，进行过一些故障原因分析。并针对性的进行了一些海水系统的阀门的改造换型工作，积累了一些选型经验。本文对秦山一期海水系统阀门的失效模式进行了分析，可对后续改造和维修提供参考，并可以降低缺陷的发生频率，延长阀门的使用寿命。

1秦山一期的海水系统及阀门的历史状况

1.1 海水系统概况

根据秦山一期一些历史资料，秦山一期循泵后循环水系统温度为0-40℃，氯含量为1000～11000 mg/L，砂含量：1～10 kg/m3。循泵为秦山一期二回路系统总的取水动力源，HLS系统从循环水系统取水。随着海水进入海水冷却水系统（简称HLS系统），随着流阻增大、标高提升导致流速降低，HLS中大量泥沙堆积于海水系统管道和阀门中。

1.2 海水阀门的历史缺陷状况及原因分析

秦山一期早期阀门绝大多数为国产阀门，国产阀门中大部分为铸铁阀门，设计选型存在一定问题，阀内件防腐措施运用也不多，下列系统设备缺陷频发。

1.2.1 发电机空冷器进出口阀

1.2.1.1缺陷状况描述

发电机空冷器进出口阀早期为进口闸阀， 秦山一期第五次大修后发现阀体腐蚀严

重，密封面沟槽明显.后R6改造为316L材质的非直通式截止阀，在R7阀门解体检查过程中发现，上述阀门内件均出现不同程度的冲蚀凹坑和沟槽，密封面损伤严重。

1.2.1.2缺陷原因简析

改造为316L材质的非直通式截止阀，由于流体导向性差，阀内件（阀芯及阀座等）直接经受泥沙含量很大的海水冲蚀，冲刷腐蚀影响非常严重.密封面处易堆积泥沙，阀门关闭时很容易损伤阀门密封面。由于海水存在两相流，加剧冲蚀。

1.2.2 海水过滤器进出口阀

1.2.2.1缺陷状况描述

海水过滤器进出口阀及一些海水总管旁路阀和一些冷却器进口总阀为一些铸铁蝶阀，也经常出现一些阀体腐蚀穿孔的缺陷。

1.2.2.2缺陷原因简析

海水阀门选材为灰铸铁（HT200）阀门，由于内部没有采取特别防腐措施，片状石墨铸铁耐海水性能不是特别突出，特别是灰铸铁加入1%-2%的合金元素后所形成的保护膜，在秦山一期泥沙冲刷下很快失效，在冲刷和腐蚀的交互作用下，灰铸铁腐蚀严重。

1.2.3 海升泵出口逆止阀

1.2.3.1缺陷状况描述

海升泵出口逆止阀原采用国产标准通用型旋启式铸铁逆止阀。经常发生密封面损伤，发生异音，阀板脱落或阀板碎裂等缺陷。

1.2.3.2缺陷原因简析

由于阀门布置在工业水泵出口垂直管道上，距海升泵出口较近，阀门经常处于高动态变化，阀板剧烈拍打阀座密封面，易造成阀板脱落等缺陷。另外由于阀座处易堆积泥沙，造成阀门关闭不严等缺陷，严重影响系统运行。

1.2.4 发电机定转子冷却器进出口阀

1.2.4.1缺陷状况描述

发电机定转子冷却器进出口阀原选用铸铁闸阀，阀门经常发生阀体腐蚀穿孔，阀板脱落等缺陷，严重影响系统运行.

1.2.4.2缺陷原因简析

发电机定转子冷却器进出口阀原选用铸铁闸阀.阀体为HT200腐蚀穿孔机理同海水过滤器进出口阀。另外该类型阀门为闸阀结构，阀体为灰铸铁HT200，阀杆等内件为马氏体不锈钢2Cr13，2Cr13含碳量为0.16至0.25之间，含碳量较高。现在一些超低碳不锈钢如CF3M，含碳量为0.03。其不仅可减少晶间腐蚀的产生而且在耐均匀腐蚀、点腐蚀及应力腐蚀方面均有所提高。2Cr13硬度虽好，但因含碳量较高，耐腐蚀性能较差，在腐蚀性较强的海水介质中，易形成锈斑和裂纹。另外该类型阀门为楔式闸阀结构，闸阀的闸板和阀座为硬碰硬结构。当阀门关闭时闸板和阀座之间易夹入泥沙，一般楔式闸阀的开力矩大于关力矩，当夹入泥沙后开力矩更大。在一个很大力矩作用下导致闸板耳或阀杆产生很大拉应力，马氏体不锈钢在含氯离子的海水中再外加很大的拉应力，导致阀杆应力腐蚀开裂，导致阀板脱落。

2海水阀门腐蚀失效模式归类分析

2.1冲刷腐蚀失效

主要是金属表面切应力效应，是秦山一期阀门故障的主要失效模式。由于不同地区海水状况不同，因而各电厂阀门的失效模式也不尽相同。如岭澳地区的海水中氯离子含量高，而泥沙含量低。秦山地区的海水氯离子含量低而泥沙含量高。如岭澳核电厂的两台对夹式蝶阀，原来法国进口的阀门，一个周期下来阀门腐蚀严重，改为国内某企业的产品后，阀板采用不锈钢材质，一个周期下来，腐蚀加上流体冲击阀轴断掉了。阀板也找不着了。原因为这个系统海水中泥沙含量比较小，氯离子含量高，且系统温度偏高，氯離子对金属材料的腐蚀能力增大。因此，氯离子腐蚀是其主要原因。

2.2 防腐涂层、衬里脱落失效

秦山一期一些铸铁衬胶阀门，由于橡胶存在老化机理，一些衬胶工艺较差的阀门衬胶层运行几年内开始剥落，导致受衬胶层保护的内部构件产生严重腐蚀。如6号循泵出口碟阀等。

2.3 均匀腐蚀失效

主要是海水中氧含量丰富且含有次氯酸钠，金属钝化膜不易形成，产生吸氧腐蚀。均匀腐蚀在我厂原铸铁阀门中普遍存在。

2.4 电偶腐蚀失效

因为海水为强电解质，不同金属部件之间存在电位差，为电位较低的金属加快腐蚀创造了条件。如我厂循泵出口闸阀的铜制阀座和阀体之间。

2.5 闭塞电池腐蚀失效

阀门密封面，和内部的一些固定螺栓，缝隙处易发生氧浓度差，造成腐蚀效应。如海水中密封面缝隙，螺纹底部等都有一定闭塞电池腐蚀。

2.6不锈钢因氯离子产生的点蚀失效

不锈钢接触到高浓度氯离子，容易产生氯离子的吸附作用，容易产生电离现象;由于氯离子的化学活动性强，容易把氧化物中的氧原子挤掉，然后氯离子和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性的氯化物，這样基体有化学反应，产生了腐蚀。如大亚湾部分304材料管阀产生腐蚀穿孔。

3不同系统工况对缺陷的影响

3.1 温度对海水阀门腐蚀的影响

温度对不同材质在海水中的溶解氧浓度、离子转移速率、腐蚀膜生成速度、腐蚀速率都有较大影响，随着海水温度增加氯对金属的剥离作用增大，腐蚀电流增大，腐蚀速率升高，其次温度越高原子的活性越大，加上氯离子半径小穿透能力强易进入钝化膜内部，导致钝化膜破坏，使阳极钝化倾向减小，腐蚀速率增加。如我厂海水一些热交换器进出口阀门的腐蚀情况还是存在差异的，出口侧阀门的腐蚀情况比进口侧要严重。

3.2 流体的流态对冲刷腐蚀的影响

流体的流态对冲刷腐蚀也有极大的影响，流体的流动状态一般有层流和湍流两种，它取决于流体的流速、流体的性质（如黏度密度等）和设备的几何形状。层流时供氧量比较少，金属能形成保护膜流体对金属的剪切应力小。湍流时不仅加速了腐蚀剂的供应和腐蚀产物的转移，而且增加了流体和金属之间的剪切应力。一般起调节作用的阀门湍流现象比较严重，如HLS-36V/37V和凝气器进出口电动蝶阀等阀板就容易损伤。

3.3 设备的运行状态对缺陷产生的影响

长时间备用状态的系统设备，由于系统中泥沙堆积过多，也易引起卡涩，不能开关等缺陷。

4 结论

针对秦山一期系统缺陷的种类进行了分析，分析了海水泥沙冲刷、海水腐蚀、温度影响、选材及防腐衬里等损伤失效模式进行分析，对后续针对性进行防护及维修和改造提供参考。

作者简介：

臧家林（1978-），男，汉族，黑龙江宁安人，本科，高级工程师。

（核电运行研究（上海）有限公司，上海 200126）