國內(nèi)某機組蒸汽發(fā)生器排污凈化系統(tǒng)排污水泵與泵出口逆止閥之間的管道發(fā)生泄漏。蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)用于去除蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的腐蝕產(chǎn)物和溶解雜質(zhì),保持二回路的水化學(xué)工況指標(biāo)。如果管道發(fā)生泄漏,將造成二回路介質(zhì)流失,影響機組安全穩(wěn)定運行。同時,介質(zhì)泄漏還會造成嚴(yán)重的人員傷害。

蒸汽發(fā)生器排污凈化系統(tǒng)兩臺排污水泵保持“一運行一備用”狀態(tài),每月輪流切換運行。泄漏部位管道材質(zhì)為俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)ТУ 14-3-190-82《鍋爐裝置和管道用無縫鋼管技術(shù)條件》中的20號碳鋼,內(nèi)部介質(zhì)為經(jīng)過除鹽的蒸汽發(fā)生器排污水。泄漏發(fā)生后,技術(shù)人員對另一臺排污水泵出口相同位置（包括泵出口法蘭后變徑管、逆止閥前的直管段及逆止閥后至下游閥前直管段）進(jìn)行了超聲波測厚。由泄漏情況及測厚數(shù)據(jù)可知,兩段變徑管及相連直管段均發(fā)生了管壁減薄,且變徑管后直管段管壁減薄更嚴(yán)重。

筆者通過一系列的理化檢驗、分析及流場模擬,對該管道的泄漏原因進(jìn)行了分析,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議,以期避免此類問題的再次發(fā)生。

1. 理化檢驗與結(jié)果

1.1 宏觀觀察

泄漏管道外部宏觀形貌如圖1所示,其中直管段左側(cè)支管為壓力表管線,右側(cè)支管為泵軸封冷卻管線。泄漏位置靠近軸封冷卻管線側(cè)。變徑管、直管段及直管段兩支管內(nèi)壁宏觀形貌如圖2所示。由圖2可見：變徑管及直管段管壁發(fā)生了減?。ㄉ蓉愋?局部為馬蹄坑型）,靠近泵軸封冷卻管線側(cè)減薄最嚴(yán)重,內(nèi)壁變得較為平滑,已無明顯的腐蝕坑痕跡。泵軸封冷卻管線支管發(fā)生了明顯減?。▋?nèi)壁上表面呈波紋狀,下表面呈扇貝型）；壓力表管線支管未見明顯減?。▋?nèi)壁呈黑色,靠近焊縫處為扇貝型）。

圖 1 泄漏管道外部宏觀形貌

Figure 1. External macro-morphology of the leaking pipe

圖 2 泄漏管道內(nèi)壁宏觀形貌

Figure 2. Macroscopic appearance of inner wall of leaking pipe: (a) reducer section; (b) the straight section; (c) inner wall of branch pipe(pressure gauge line side); (d) inner wall of branch pipe(pump shaft seal cooling line side)

1.2 化學(xué)成分分析

對減薄區(qū)域進(jìn)行化學(xué)成分分析,由表1可見,其化學(xué)成分滿足ГОСТ 1050-88《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)對20號鋼的要求。

1.3 金相檢驗

在減薄區(qū)域直管段截取金相試樣,對其進(jìn)行顯微組織觀察和非金屬夾雜物檢驗。由圖3（a）可見,其非金屬夾雜物含量滿足GB 24512.1-2009《核電站用無縫鋼管第1部分：碳素鋼無縫鋼管》要求。由圖3（b）可見,其顯微組織為鐵素體+珠光體,組織未見異常。管道內(nèi)壁橫截面呈波浪狀輪廓,無加工硬化特征,且未發(fā)現(xiàn)微裂紋,內(nèi)壁局部區(qū)域存在腐蝕坑。

圖 3 泄漏管道減薄區(qū)域直管段的非金屬夾雜物和顯微組織

Figure 3. Microstructure of non-metallic inclusions (a) and microstructure (b) of straight section in the thinned region of leaking pip

1.4 硬度測試

在直管段減薄嚴(yán)重區(qū)域切取一個橫向試樣,對其進(jìn)行硬度測試,由表2可見,其硬度符合ТУ14-3-190-82標(biāo)準(zhǔn)對20號鋼的要求。

1.5 掃描電鏡觀察

采用掃描電鏡（SEM）觀察直管段泄漏區(qū)域附近和腐蝕坑顯著區(qū)域內(nèi)壁形貌。由圖4可見,微觀下直管段內(nèi)表面呈典型的腔室特征,腐蝕坑嚴(yán)重區(qū)域腔室特征較明顯,泄漏區(qū)域附近由于減薄嚴(yán)重,腔室邊緣被磨平。

圖 4 泄漏管道直管段內(nèi)表面腐蝕坑顯著區(qū)域及泄漏區(qū)域附近的SEM形貌

Figure 4. SEM morphology near the significant area of corrosion pit (a) and leakage area (b) of the inner surface of straight section of leaking pipe

1.6 能譜及X射線衍射分析

對管道內(nèi)壁腐蝕坑顯著區(qū)域進(jìn)行能譜（EDS）分析。由表3可見,管道內(nèi)壁主要為鐵的氧化物（Fe元素與O元素的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)占80%以上）。對減薄區(qū)域內(nèi)壁進(jìn)行X射線衍射（XRD）分析。由圖5可知,減薄管件內(nèi)壁除了基體Fe外,主要為Fe3O4,以及少量Fe2O3。