CN103026420B - 用于抑制设备中腐蚀的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在一种设备中，包括具有蒸汽发生器2、涡轮3、5、冷凝器6和加热器7的系统，并且将未脱气的水在该系统中循环，所述系统与该未脱气的水发生接触的管道、蒸汽发生器2、加热器7和8沉积有保护性物质。

Description

用于抑制设备中腐蚀的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于抑制构成设备的管道、装置、机器等的腐蚀的方法，以及涉及设备。
背景技术
热动力设备和核动力设备通常具有这样的系统，其用蒸汽发生器产生的蒸汽来驱动涡轮，并且将冷凝水返回到该蒸汽发生器。因为这样的系统的管道和/或装置会由于运行过程中的腐蚀而导致损坏，已采用了针对这种损坏的防范措施来降低腐蚀。
例如，在目前的加压水的核动力设备的次级系统中，已经采取了防范措施如补充水的管理和水处理化学品的管理来防止杂质渗透到该系统中，目的是防止蒸汽发生器和涡轮中的腐蚀问题。为了抑制构成所述系统的装置和管道的腐蚀，采取了防范措施，通过使用pH调节剂和注入肼控制pH来获得脱氧化的和还原性气氛。此外，已经采取了各种其他的防范措施或者方法，例如安装脱盐装置和其正确的操作来将渗透的杂质从系统中除去，安装净化系统和蒸汽发生器的排放收集系统，和安装脱气器来降低溶解的氧气。
放置脱气器使系统的循环水脱气和降低转移到蒸汽发生器的氧气。脱气器用于抑制由于氧气原因导致的结构元件腐蚀电势的增加。随着氧气浓度的升高，发生了由于该电势升高导致的裂纹例如粒间腐蚀裂纹和应力腐蚀裂纹。
同时，金属离子从管道上的洗脱等是发生在高温热水中的一种典型的现象。金属离子的洗脱导致了产生结构元件以及管道和其他元件发生腐蚀的运行问题，并且产生了各种影响例如提高了维修的频率。此外，洗脱的金属离子在系统的高温部分例如管道表面和蒸汽发生器中作为氧化物沉积和结晶，其导致了因为电势增加引起的腐蚀裂纹现象。因为附着的氧化物导致传热劣化，因此所述氧化物需要通过化学清洁来定期除去。
因此，这样的现象如金属洗脱和腐蚀会在长期设备操作或者运行过程中逐步累积，并且可能会引起在某些点上无征兆的故障。为了消除这样的现象，将化学品例如氨和肼注入来控制pH以进行脱气，从而降低来自系统的铁洗脱，作为防止铁流入蒸汽发生器的防范措施。
为了消除U形夹部分的碱浓度，已经提出了各种建议用于水质量的控制，例如氯离子浓度的管理和溶解的氧的浓度控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开公开号2010-96534
专利文献2：日本专利号3492144
发明描述
本发明要解决的技术问题
如前所述，常规的腐蚀抑制方法不仅需要不同的装置例如脱气器和化学品注射和控制装置用于抑制腐蚀，而且需要进行化学品浓度控制和严格的水化学控制。因此，装置被扩大，并且运行控制是复杂的，这导致了设备的装置成本和运行成本的增加。
本发明已经考虑了上述情形，并且其目标是提供一种用于抑制设备中腐蚀的方法和其中具有蒸汽发生器和涡轮的系统的结构元件沉积有保护性物质的设备，目的是实现装置成本和运行成本的降低。
解决问题的手段
为了解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种用于抑制设备中的腐蚀的方法，该设备包括具有蒸汽发生器、涡轮、冷凝器和加热器的系统，并且将未脱气的水在该系统中进行循环，其中将保护性物质沉积在该系统与未脱气的水发生接触的结构元件上。
发明效果
在本发明的用于抑制设备中的腐蚀的方法和设备中，该设备的装置成本和运行或者操作成本会降低。
附图说明
图1是表示根据本发明实施方案的设备的次级系统的示意图。
图2是表示根据本发明实施方案的在结构元件上形成的沉积的概念图。
图3是表示了在根据本发明的实施方案的效果确认测试1中，相对于纯材料的腐蚀量的比率的图。
图4是表示了在根据本发明的实施方案的效果确认测试2中，相对于纯材料的腐蚀量的比率的图。
图5是表示了在根据本发明的实施方案的效果确认测试3中，相对于纯材料的腐蚀量的比率的图。
图6是表示了在根据本发明的实施方案的效果确认测试4中，相对于纯材料的附着量的比率的图。
图7是表示了在根据本发明的实施方案的效果确认测试5中，相对于纯材料的腐蚀量的比率的图。
实施发明的模式
下文中，将参考附图来描述本发明的实施方案。
(构造)
参考图1-7来解释将本发明的实施方案的用于抑制腐蚀的方法应用于加压水核动力设备的次级系统的实施例。
如图1所示，该次级系统包括核反应器1、蒸汽发生器2、高压涡轮3、湿气分离加热器4、低压涡轮5、冷凝器6、低压加热器7、高压加热器8、高温脱盐装置(净化装置)9和高温过滤器(净化装置)10。冷凝器6可以包括具有低温净化装置(脱盐装置+过滤器)的冷凝器单元，其提供在冷凝器6的下游侧。
因为上述结构的次级系统不具有提供在常规加压水核动力设备的次级系统中的脱气器，因此未脱气的水在次级系统内部循环。未脱气的水是循环水，其既不进行通过脱气器的脱气加工，也不进行通过化学品注射装置将用于脱气的化学品例如肼注入。
在本发明的实施方案中，构成系统的管道和装置如蒸汽发生器2、低压加热器7和高压加热器8的表面，即，与未脱气的水发生接触的结构元件的表面通过常规已知的方法沉积有保护性物质。该结构元件可以由对应于装置、机器等类型或者位置的一种或多种的钢材料、非钢材料、非铁金属或者焊接金属制成。
保护性物质的例子包括选自下面的金属元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐化合物、乙酸化合物或者草酸化合物：Ti、Y、La、Zr、Fe、Ni、Pd、U、W、Cr、Zn、Co、Mn、Cu、Ag、Al、Mg和Pb。此外，虽然一种类型的保护性物质可以在管道和各种装置上形成，但是该保护性物质可以以两种或者更多种类型的组合来形成。
例如，在本发明的实施方案中，如图2所示，蒸汽发生器17的表面是用基于钛的保护性物质(例如二氧化钛(TiO2))18沉积的，管道13的表面是用基于钇的保护性物质14(例如氧化钇(Y2O3))沉积的，和加热器15的表面是用基于镧的保护性物质16(例如氧化镧(La2O3))沉积的。图2是概念图，表示了沉积在结构元件11表面上的保护性物质12。
作为用于沉积保护性物质12的方法，可以使用各种公知方法，例如通过喷涂和施涂来沉积，和通过将含有保护性物质的流体与管道和装置接触来沉积。
此外，取决于沉积物的降解程度，这样的沉积适于在设备运行之前进行或者在定期检查时进行。
(运行和功能)
如前所述，将位于常规的次级系统中脱气器配置来对系统中的循环水脱气，目的是减少传输到蒸汽发生器的氧气。该脱气器起到了抑制结构元件中由于氧导致的腐蚀电势增加的作用。
因此，如果不对系统水中的循环水施加脱气处理时，装置或者装备例如包括管道的蒸汽发生器也没有被腐蚀损坏，则不必布置脱气器本身，这使得实现装置尺寸的减小和装置成本和运行或者操作成本的降低成为可能。
本发明的发明人重点关注了这一点，并且使用了上述构造。结果，新发现次级系统中常规上需要的脱气器是可以省掉的。
更具体的，在本发明的实施方案中，沉积在次级系统的管道和装置上的保护性物质充当了阻止氧气扩散到系统的水中的屏障，由此降低了到达结构元件表面上的氧气的量。这种降低消除了由于氧气导致的腐蚀电势的增加，并且能够将结构元件表面保持在低电压。结果，使用未脱气的水作为系统中的循环水成为可能。
下文中，将参考图3-7来解释在本发明的实施方案的对保护性物质进行的效果确认测试。
(效果确认测试1)
图3是表示了本发明实施方案的沉积有保护性物质12的结构元件11相对于没有沉积该保护性物质的结构元件(纯材料)的腐蚀量的比率的图。
如图3所示，作为在180℃的中性未脱气的水中进行的测试的结果，在沉积有各自的保护性物质12(在这个实施例中是TiO2、Y2O3和La2O3)的全部结构元件11上确认了腐蚀量明显的降低。
(效果确认测试2)
图4是表示了纯材料和本发明实施方案的沉积有保护性物质12的结构元件11之间在使用不同水质量(中性、酸性和碱性)的高温热水的情况中的腐蚀量的比率的图。
图4表明在纯材料中由于发生氧化而导致腐蚀，而不管水质量如何，本发明实施方案的沉积有保护性物质12的结构元件11都提供了腐蚀抑制作用。
(效果确认测试3)
图5是表示了纯材料和本发明的实施方案的结构元件之间在系统水温度变化的情况中的腐蚀量的比率的图。
图5表明在一般的纯材料中由于发生氧化而导致腐蚀，而本发明实施方案的沉积有保护性物质的结构元件通过抑制氧气的扩散而提供了腐蚀抑制作用。此外，在低温区，因为没有发生腐蚀，因此相对于纯材料的腐蚀重量比几乎没有表现出变化，而随着温度升高，发生氧化反应，并且腐蚀量增加。这个事实表明保护性物质的扩散阻挡功能变得更强。
因此，甚至在省掉脱气器的水质量条件下，通过保护性物质所表现出来的腐蚀抑制作用在更高的温度下变得很显著。这种作用在各个物质中都表现出来。所以，已经发现本发明实施方案的保护性物质在设备的运行温度表现出显著的腐蚀抑制作用。
(效果确认测试4)
图6是表示了纯材料和本发明实施方案的沉积有保护性物质的结构元件之间在系统水含有微粒包层(clad)或者离子的情况中的附着量的比率的图。
通常，在包层的附着中，包层粒子中的ζ电势对附着有影响。通常的金属氧化物在酸性区域取正值，在中性区域周围达到等电位点(0)，并且在碱性区域取负值。确认测试4是在碱性水条件下进行的，并因此包层提供了负电势。保护性物质在碱性区域也具有负电势。结果，保护性物质与包层是静电排斥的。因为由于保护性物质沉积在表面上，结构元件表面上的腐蚀电势充当了氧扩散的屏障，因此也实现了使腐蚀电势稳定的作用。
如图6所述，离子的附着或者结晶明显地受到元件表面氧浓度的影响。即，氧浓度通过离子和氧之间的反应以及通过腐蚀电势的变化二者而对结晶影响。离子的附着或者结晶是通过抑制氧气转移到结构元件表面上这样的作用而被降低的。
还已知的是结构元件表面的粗糙度影响包层附着性。此外，因为保护性物质的沉积填充了结构元件表面上的加工痕迹，因此该表面变得光滑。结果，可以抑制了包层的附着。
(效果确认测试5)
图7是表示了纯材料和本发明实施方案的沉积有保护性物质12的结构元件11之间在使用温度为大约185℃的脱气的水和未脱气的水作为系统水的情况中的腐蚀量的比率的图。
如图7所示，本发明实施方案的沉积有保护性物质12的结构元件11在使用具有低溶解的氧气浓度的脱气的水的情况中没有获得强的腐蚀抑制作用。另一方面，它表明沉积有保护性物质12的结构元件11在具有高溶解的氧浓度的未脱气的水的情况中提供了明显的腐蚀抑制作用。
(效果)
从上面的效果确认测试1-5中可以理解，这些效果确认测试表明本发明实施方案的保护性物质在设备运行温度、在使用未脱气的水的系统中提供了明显的腐蚀抑制作用。还表明本发明实施方案的保护性物质提供了明显的腐蚀抑制作用，而不管系统水的水质量如何和不管系统水中包含的包层和离子如何。
因此，如上所述，通过在管道和系统装置的结构元件表面上形成本发明实施方案的保护性物质的沉积，可以将未脱气的水用作系统水。结果，可以省掉脱气器和化学品注射装置等。
根据本发明的实施方案的抑制腐蚀的方法和设备能够实现设备尺寸的减小和装置成本的降低，并且还能够消除对于脱气器控制、运行中溶解的氧气的控制、和各种化学品浓度控制的需要，从而也能够实现运行成本或者操作成本的明显降低，
要注意的是虽然在本发明的实施方案中已经解释了使用TiO2、Y2O3和La2O3作为保护性物质的实施例，但是通过使用不同于上文所述的那些的金属元素同样能够获得相同的运行效果。相同的运行效果也可以通过使用上述金属元素的氢氧化物、碳酸盐化合物、乙酸化合物或者草酸化合物作为保护性物质来获得。
此外，要注意的是虽然在本发明的实施方案中已经解释了将本发明用于加压水核动力设备的次级系统的实施例，但是本发明不限于此，并且可以用于其他设备例如快速反应器的次级系统和用于热动力发生设备的一级系统。
附图标记
1---核反应器，
2---蒸汽发生器，
3---高压涡轮，
4---湿气分离加热器，
5---低压涡轮，
6---冷凝器，
7---低压加热器，
8---高压加热器，
9---高温脱盐装置，
10---高温过滤器，
11---结构元件，
12---保护性沉积物。

Claims (6)

1.一种用于抑制加压水反应器设备的次级系统中的腐蚀的方法，所述次级系统具有蒸汽发生器、涡轮、冷凝器和加热器，在所述系统中未脱气的水是循环水，其既不进行通过脱气器的脱气处理，也不进行通过化学品注射装置的化学品注射，其中将保护性物质沉积在所述系统与未脱气的水发生接触的结构元件上，所述保护性物质是选自下面的金属元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐化合物、乙酸化合物或者草酸化合物：Ti、Y、La、Zr、Fe、Ni、Pd、U、W、Cr、Zn、Co、Mn、Cu、Ag、Al、Mg和Pb。
2.根据权利要求1的用于抑制设备中的腐蚀的方法，其中所述结构元件是钢材料、非钢材料、非铁金属或者焊接金属。
3.根据权利要求1的用于抑制设备中的腐蚀的方法，其中所述保护性物质是TiO2、Y2O3或者La2O3。
4.一种加压水反应器设备的次级系统的设备，所述次级系统具有蒸汽发生器、涡轮、冷凝器和加热器，在所述系统中未脱气的水是循环水，其既不进行通过脱气器的脱气处理，也不进行通过化学品注射装置的化学品注射，其中将保护性物质沉积在所述系统与未脱气的水发生接触的结构元件上，所述保护性物质是选自下面的金属元素的氧化物、氢氧化物、碳酸盐化合物、乙酸化合物或者草酸化合物：Ti、Y、La、Zr、Fe、Ni、Pd、U、W、Cr、Zn、Co、Mn、Cu、Ag、Al、Mg和Pb。
5.根据权利要求4的设备，其中所述结构元件是钢材料、非钢材料、非铁金属或者焊接金属。
6.根据权利要求4的设备，其中所述保护性物质是TiO2、Y2O3或者La2O3。
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