材料失效分析报告

　上海应用技术学院

　研究生课程( ( 论文类) ) 试卷

　2 0 １5 5

　／

　2 0 16 6

　学年

　第

　二

　学期

　课程名称：

　材料失效分析与寿命评估

　 课程代码: :

　 NX０1０２００3

　 学生姓名：

　 丁艳花

　专业﹑学号: :

　材料化学工程 1５６０811０1

　 学院：

　 材料科学与工程学院

　课程( ( 论文) ) 成绩: :

　 课程( ( 论文) ) 评分依据( ( 必填: ):

　任课教师签字：

　日期 :

　 年

　月

　日

　凝汽器铁管管壁减薄得失效分析 报告 1、 、 失效现象描述 秦山第三核电公司 1＃700M Ｗ重水堆核能发电机组 2Ａ凝汽器.该凝汽器从20０2 年 8 月起投入使用,实际运行时间 8 年左右。根据资料记载,1＃机组第 3 次例行大修时，管外壁减薄程度较轻，但在第 4 次例行大修时发现管外壁减薄程度加深,在 2010 年５月第 5 次例行大修时发现部分钛管外壁减薄现象相当明显。各机组凝汽器缺陷管主要分布在冷凝管塔式分布得最外侧.据专业人员介绍,大修后对缺陷管抽管检查后发现,管壁减薄主要集中在支撑板处，减薄位置与减薄程度各不相同。如果让异常减薄缺陷管继续运行,有可能引起管穿孔得泄漏事件。

　2、 、 背景描述 凝汽器就是大型汽轮机循环设备中得重要环节.其中得冷凝管起到将蒸汽凝结成水得作用,就是凝汽器中得核心部件.冷凝管一旦发生破损将导致冷却水泄露并污染循环水，从而会对整个系统得正常运行造成严重影响。因此冷凝管得选材质量决定了凝汽器得安全可靠性与使用寿命。工业纯钛作为冷凝管最常用得材料,具有良好得力学性能与耐蚀性能。在复杂运行工况下,纯钛材料仍有可能发生磨损、腐蚀等常见得材料失效现象，引发冷凝管破损并导致冷却水泄露并污染循环水，由此对凝汽器得正常运行带来安全隐患.若不找到这一过早失效得真正起因,并采取有效得防护措施，最终必将导致钛管泄漏,不但经济损失巨大，甚至有可能引发重大安全事故。

　国内关于凝汽器钛管得案例得产生原因大致可分为以下几类: 第一类,由于相关方面施工建造时就存在不当操作或不当设计导致运行中出现落物砸伤或凝汽器自身运行故障．如国华太仓发电超临界机组发生凝汽器钛管泄露导致冷凝水水质不合格,其原因在于上部低压加热器表面隔板未按规定安装，导致隔板掉落砸伤引起泄露。再如未充分考虑到钛管共振问题由于钛管本身管壁极薄(0、5mｍ到 0、７mｍ),强烈得震动极易导致铁管破裂引起泄露,这点在宝钢电厂与大亚湾核电站得运行中已经得到了证实此外还存在着钛管板间焊接

　质量不良,铁管与支撑板镗孔胀接时胀接率不高等问题。

　第二类,在施工安装时并未有明显问题出现,而就是在具体运行中由于环境作用或检修操作而引起得.一般而言,凝汽器在运行中由于管侧通入为海洋水,因此海洋水中得异物混入就是凝汽器正常运行中出现故障得一大原因。如台州发电厂凝汽器钛管发生泄漏得最主要原因即就是贝类与泥沙进入管内引起磨损与冲刷。另一主要原因则就是铁金属本身易发生氢脆反应，导致钛氢化物生成进而破损断裂。

　国际上由于英、美、日等国率先开始钛材在发电站凝汽器得应用,因此对于这方面得研究很早就开始进行,其研究范围也相当广泛。但钛管发生故障得原因与国内得有关报道具有一定相似性。其中异物冲刷与氢脆就是报道最多得两个失效原因。

　Sｈalａbｙ等报道得凝汽器钛管失效案例,由于海水侧贝壳等杂物进入发生磨损导致得。此外她们也报道了凝汽器内部钛管与黄铜管板发生腐蚀得案例，指出了氢脆现象在海水水温升高得环境下较易发生． Fuｌford 等人则通过对美国佛罗里达公司电站发生得不同几个钛管失效样品，分析发现,在海水侧得阴极保护不足情况下钛管极易发生氢脆现象进而引起冷凝器发生事故。她们利用力学与环境实验辅以模拟分析验证了这一观点 3、 、 失效分析过程

　针对该凝汽器中失效钛管得管壁异常减薄现象展开失效分析．通过现场调查与取样，并对得到得样品进行一系列得试验与分析。

　为此，综合运用失效分析得基础理论与表征分析方法，从以下两方面对秦山三期核电机组凝汽器钛管得这一失效现象进行研究。首先,采用化学成分分析、金相组织观察、力学性能测试等手段对取得得在役钛管进行了检验,并对常温拉伸断口进行了微观形貌观察。结果表明，所用得工业纯钛管组织结构与各项性能均符合相应得标准要求,材质评定合格,因此失效原因主要来自于外界作用而非材质问题。其次,对发生异常减薄得冷凝管进行现场调查与取样．由于减薄管表面磨损区得位置与形貌均存在明显得差异，因此采用扫描电镜(ＳEM)、能谱分析仪(EDS）,以及三维体式显微镜(3D-OM)等仪器,对磨损面进行了形貌观察与成分

　分析;同时,对钛管表面沉积物收集后进行了热重分析（ＴGA)、红外光谱分析(FTIR)与 X 射线衍射分析（XＲD)。结果表明,钛管管壁减薄得主要原因就是由于镗孔本身加工不良、加之支撑钢板表面得锈蚀物进入导致得接触磨损。此外存在异物颗粒造成三体接触磨损,开机时热应力作用等因素,最终导致管壁异常减薄。此外,在现场调研时还发现了少量得点蚀钛管。取样后经ＳEM、ＥDS、3D—OＭ等分析，并结合实际运行工况后确认，这就是由于旁排蒸汽作用下发生得气蚀效应所引起得. 综上分析可知,凝汽器钛管发生过早失效得主要原因就是由于镗孔加工不良、支撑板表面锈蚀物流挂、异物颗粒混入、开机温度梯度热效应、旁排蒸汽影响等几方面得交互作用引起得。针对这一分析结果,提出了相应得一系列解决措施，例如镗孔检测打磨、清理支撑板表面锈蚀物等。经采纳了这一快速、简单、有效得失效分析方法及预防措施后，防止了失效得再次发生,减少了经济损失,确保了凝汽器得安全可靠运行。

　4、 、 失效分析结论

　通过运用一系列表征分析方法,对秦山三期凝汽器钛管管壁异常减薄与钛管气蚀得案例进行了失效分析,得出以下结论: ①所用凝汽器钛管就是 TA１级ａ相工业纯钛管,材质得化学成分、金相组织、显微结构、力学性能等均满足 ASＭESB3３8 Gr、2 标准得要求,材质评定合格. ②凝汽器管侧海水与壳侧蒸汽等环境介质及现有得温度、压力、流速等工艺参数不会对钛管产生显著得冲刷磨损与腐蚀磨损作用,但停机与启动时得温度梯度会对钛管产生短时得磨损效应。另外,旁路过饱与蒸汽得释放也会对管子产生短时得冲刷作用及震动。

　③部分钛管得管壁出现了过度减薄得现象,这些缺陷管主要分布在支撑板处,其减薄原因主要有以下几个方面: 第一,安装时部分镗孔表面加工不良或镗孔不平整，导致钛管在运行时因接触震动而发生选择性得局部磨损； 第二,支撑板上生成得铁得氧化物流挂到镗孔内引起镗孔表面不平，从而在

　钛管随机震动下钛管与这些不平表面产生不对称得接触磨损； 第三,检修时有异物颗粒带入了壳侧或安装时遗留了异物颗粒，在气流作用下个别颗粒被沉积在镗孔内，从而对钛管表面产生了三体接触磨损； 第四，开停机时产生得短时温度梯度及其变化,管子因热变形量使个别钛管在支撑板处发生受压后偏心接触,从而产生局部得选择性磨损; 第五,停机检修时，沉积在管板镗孔处得腐蚀物与钛管表面形成了电偶腐蚀; 第六,根据工艺要求,旁侧高压蒸汽释放时会有流体冲击与震动效应,对与蒸汽直接接触得钛管表面产生了冲刷磨损与空泡腐蚀效应。但这仅就是一种个别现象。

　以上因素中得一种或多种得相互作用导致了钛管管壁减薄得发生。

　５、 建议改善措施 针对以上得结论,提出以下得措施对策以避免发生异常减薄：

　第一，凡就是引起管壁减薄严重得支撑板镗孔，在停机检修时在有可能得操作条件下进行打磨平整处理,对孔径不均匀性也要进行加工，以消除镗孔加工缺陷对管子产生得选择性接触磨损。

　第二,每次停机维护时，支撑板侧面得锈蚀物要尽量清理干净,防止其流挂沉积到镗孔内对管子产生不规则接触磨损． 第三,在凝汽器停机检查时，要避免任何异物包括小颗粒得带入，所有异物要清理干净，防止异物沉积在镗孔内对管子产生不规则得接触磨损. 第四,确保整个机组工艺参数得运行稳定性,要控制好温度与压力得波动在允许得范围内，特别要注意旁侧过饱与高压蒸汽得释放对附近钛管产生得局部冲刷磨损与空泡腐蚀等损伤效应。

　第五,建议对其她内圈得传热钛管壁厚进行适当得检测,尽量做到预防在先。