SE464138B - Foerfarande foer korrosionsskydd av ett aanggeneratorroer - Google Patents

Description

ÄO 464 138 nad mellan primärvätskan och den sekundära vätskan.

När ånggeneratorn bringas i drift, är denna perfekta åt- skillnad av fluidumen säkerställd, eftersom kvaliteten för rörväg- garna och kvaliteten för svetsarna har kontrollerats. Emellertid är efter någon driftstid för ånggeneratorn detta icke längre tillämp- ligt, eftersom sprickor eller perforeringar kan ha uppträtt i en del, av rören, i synnerhet under inverkan av korrosion. Ånggeneratorer är faktiskt avsedda att användas under mycket långa perioder, i storleksordningen 40 år, och trots korrosionsmotstândet i materialen som användes vid konstruerandet kan angrepp ske på rören, vilka nor- malt är tillverkade av nickellegeríngar, i en del områden.

I synnerhet har det visat sig att den del av rören som är placerade i närheten av rörplattans yta som kommer i kontakt med vattnet som skall förångas är underkastad större korrosion än de andra delarna av röret. Detta är den del av röret som innefattar övergångsområdet mellan den del som distorderas under expansionsope- ratíonen och den oförändrade delen av röret. I en reaktor i drift befinner sig primärfluidumet vid en temperatur av approximativt 3250 C och ett tryck av 155 bar. Detta fluidum består av deminiraliserat vatten innehållande variabla kvantiteter av bor i form av borsyra som absorberar neutronen och medger styrning av reaktorns effekt, litsiumhydroxid för att bibehålla pH för primärfluidet vid ett värde som medger begränsning av korrosionen. I övergångszonen där emeller- tid restpåkänningskoncentrationen är hög, efter expansionsvalsningen, detta och högt tryck så att korrosionen kan resultera i hål eller sprickor i röret och följdaktligen fluidet.

Försök har gjorts för att förbättra korrosionsmotståndet för i synnerhet i det inre ytskiktet av röret, kan korrosion av rör ske i kontakt med primärfluidumet vid en hög temperatur primärfluidum kommer in i det sekundära ånggeneratorrör, i övergångsområdet, genom att avlasta spänningarna i röret genom utvidgning. Således har verktyg konstruerats som gör det möjligt att utföra snabb och automatisk spänningsavlastníng av " den yttre väggen för rören för en ånggenerator i dessas övergångs- zon. Eftersom utvidgningsvalsníngen av rören utförs över hela delen * av röret inuti rörplattan, är överföringszonai eller området pla- cerade i närhèten av rörplattans yta som kommer i kontakt med ma- tarvattnet som skall förångas. Denna påkänningsavlastningsoperation, som måste utföras på ändarna av varje rör i ånggeneratorn är rela- tivt lång, även när verktyg med en helt automatisk driftcykel an- vändes. En ånggenerator för en tryckvattenreaktor innehåller näm- QO 464 138 ligen ett mycket stort antal rör, vilket antal kan vara över S 000.

Dessutom förblir efter operationen med spänningsavlastning i ytterskiktet av röret, påkänningskoncentrationen relativt hög i innerytan för röret. Korrosionskänaligheten förblir därför högre i detta område av röret tätt intill rörplattans yta i kontakt med det vatten som skall förångas. _ Matningsvattnet är deminiraliserat vatten innehållande hydrasin och.ammoniak i syfte att reducera dess korrosionsinverkan.

Detta matarvatten, vilket emellertid är underkastat fasändringar och som återanvändes i ånggeneratorn efter kondensering, angriper en del delar av den sekundära kretsen och medför korrosionsprodukter som tenderar att samlas på den övre ytan av rör- eller tubplattan, på den sekundära sidan av ånggeneratorn. Dessa korrosionsprodukter avsättes i form av slam som väsentligen innehåller magnetit och ackumeleras till en höjd av flera cm på den övre ytan av rörplattan, under ånggeneratorns drift.

Den del av rören i knippet som är i närheten av denna yta av rörplattan utsätts för ökad korrosion på dess ytteryta till följd av ansamlingen av föroreningar i kontakt med röret och i synnerhet i gapet som kan föreligga mellan röret och änden av hålet i rör- plattan, till följd av dålig cirkulation av det sekundära fluidet och den dåliga värmeväxlingen för fluidet i detta område och slut- ligen till följd av åstadkommandet av en elektrokemísk omgivning som inverkar negativt för korrosionsmotstândet för röret.

För att övervinna dessa nackdelar har organ föreslagits som medger eliminerandet av föroreningarna på den övre ytan av rörplattan mer eller mindre fullständigt. Trots detta kan korrosionen på röret på dess ytteryta, i närheten av den övre ytan av rörplattan, vara kraftig och kan öka allvaret i de korrosiva effekterna från primärfluidet på insidan av rören.

Det är också känt från det franska patentet 2 484 875 ett förfarande för tätt fixerande av ett rör i en rörplatta, varvid en tät hylsa placeras runt röret i den del som går in i rörplattan, innan expansionsvalsningen, vilket gör det möjligt, i synnerhet att eliminera restcirkelutrymmet mellan röret hålet i rörplattan. Emellertid komplicerar ett sådant förfarande expansionsförfarandena, eftersom det kräver en hylsa som skall passas in runt vart och ett av rörändarna innan dessa inpassas i rör- plattan. Slutligen ger detta förfarande inget skydd för rörets inner- -q yta. 'w HO 464' 138 Mot bakgrund av ovanstående är det uppfinningens uppgift att ange en process för korrosionsskydd av ett ånggeneratorrör som fixe- ras genom invalsning i en tjock rörplatta mellan de ytor av rör- plattan som kommer i kontakt med det fluidum som avger värme till I ånggeneratorn, i närheten av vars yta änden av röret är svetsad vid plattan och den andra ytan av rörplattan genom vilken rören . kommer in i det område av ånggeneratorn som mottar det vatten som skall förångas, vilket skyddsförfarande skall vara mycket effektivt och enkelt att tillämpa.

I detta syfte pàlägges elektrolytiskt ett metallskikt kompa- tibelt med materialet i röret pà innerytan av röret efter det att detta fixerats i rörplattan genom utvidgning, och om tilllämpligt, pàkänningsavlastats, pà bägge sidor om ytan av rörplattan i kontakt med det vatten som skall föràngas, över en längd som är avsevärt större än rörplattans tjocklek och som kan uppgå till tvà gànger. dennas tjocklek.

I enlighet med en föredragen vidareutveckling av uppfinningen pàlägges innan röret införes i rörplattan, utvidgas för Fastsätt- ning och spänningsavlastas, ett skikt av metall kompatibelt med materialet i röret pà den yttre ytan av röret, i ett omràde som motsvarar det område av röret som befinner sig pá ömse sidor om den yta för rörplattan som kommer i kontakt med vattnet som skall för- àngas, över en längd som är avsevärt större än rörplattans tjocklek och som kan uppgà till tvà gånger dennas tjocklek.

Uppfinningen skall nedan beskrivas närmare i form av ett ut- föríngsexempel i anslutning till bifogade ritningar av ett antal utföranden av förfarandet i enlighet med uppfinningen. Härvid är fig laen vy i tvärsnitt genom ett symmetriplan av den del som är be- lägen i närheten av överföringsområdet för ett rör som är insatt och fixerat genom utvidgning i en rörplatta, fig 1b en vy i tvärsnitt av den delen av ett rör som är i närheten av dess övergângsområde efter insättning och utvidgning i en rörplatta och efter påkänningsavlast{ ning, fig 2 en vy i tvärsnitt genom ett symmetriplan av röret som visas i fig lb efter tíllämpandet av förfarandet i enlighet: med f uppfinningen, genom åstadkommandet av en inre elektrolytisk belägg- ning, fig 3 en vy i tvärsnitt genom ett symmetriplan för ånggenerator rörets del i närheten av dess övergángsområde, vilket rör är skyddat invändigt och utvändigt av elektrolytbeläggningar, fig 4 är en vy i tvärsnitt av en anordning som medger elektrolytisk beläggning inuti ett ånggeneratorrör, på plats i detta rör, och fig 5 är en vy i tvärsnitt av en anordning för att producera en invändig belägg- 40 464 138 ning i övergângsområdet för ett rör, i enlighet med ett alterna- tivt utförande av uppfinningen.

Pig 1a visar ett rör 1 vars ena ände är införd i ett hål 3 i en rörplatta 2 med en diameter som är aningen större än rörets 1 diameter. Efter utvidgningsoperationen, har änden 4 av röret som in- förts i rörplattan vidgats till sin diameter och valsats mot väggen så att tjockleken för röret i denna del är något reducerad. Den ände av röret som är placerad på samma sida som den nedre ytan av rörplattan 2, som kommer i kontakt med primärfluidumet för reaktorn är fixerad i rörplattan läckagefritt med hjälp av en cirkulär svets 61 Övergångsområdet 5 mellan den omformade delen 4 av röret 1 och den oförändrade delen sträcker sig på bägge sidor om den övre ytan för rörplattan 2 som kommer i kontakt med vattnet som skall förângas. Detta övergångsområde É har en höjd h.

Pig 1b visar röret 1 vars del 4 är fäst genom expansionsvals- ning i rörplattan 2, efter en pàkänningsavlastande operation som har gjort det möjligt att minska spänningarna i övergàngszonen 5, under avsevärt förlängande av detta overgàngsomràde vars höjd h' är mycket större än höjden h för motsvarande område för det i fig 1a visade röret. Den påkänningsavlastande operationen består av en diametral vidgning av röret i dess område 5 vilket gör det möjligt att delvis sluta utrymmet 7 som kvarstår mellan röret och hålet 3 i rörplattan 2 i närheten av dess övre utloppsyta, för att sträcka ut övergångs- området 5 och reducera påkänningarna, i synnerhet i det yttre skiktet av röret, í detta överföringsområde 5.

Pig la och 1b visar det mellanliggande tillståndet respek- tive det slutliga tillståndet för ett ånggeneratorrör fäst i rör- plattan genom utvidgningsvalsning och sedan påkänningsavlastat.

I fig 2 visas samma rör efter det att förfarandet för korro- sionsskydd i enlighet med uppfinningen har utförts.

Röret 1 består av en variant av nickellegering innehållande krom och järn. Rörplattan 2 är tillverkad av lättlegerat stål.

Den nedre ytan för rörplattan 2 som är i nivå med änddelen av delen 4 för röret 1 som är svetsad vid plattan 2 är avsedd att komma i kontakt med primärfluidumet när ånggeneratorn är i drift.

Den övre ytan av rörplattan 2 tvärs över vilken går den del av röret som kommer in i den övre delen av ånggeneratorn är avsedd att komma i kontakt med vattnet som skall förångas.

I enlighet med uppfinningsförfarandet har en nickelbelägg- 'ß HO 464 138 ning 10 åstadkommits på innersídan av röret pä endera sidan om den övre ytan av rörplattan 2, över en längd som är avsevärt större än längden för övergångszonen 5 med höjden h'.

I exemplet med utförandet som visas i fig 2, är medíandelen f av den inre elektrolytbeläggningen 10 i närheten av den övre ytan av rörplattan 2 och dess nedre ände i närheten av delens 4 ände av ' röret 1 fixerad med hjälp av svetsning i underytan för rörplattan.

Den totala längden för denna zon eller område 10 är för en rörplatta med en tjocklek som nomínellt är lika med 0,6 m, mer än 1 m.

Tjockleken för denna elektrolytbeläggning av nickel 10 är i storleksordningen 1/10 mm, varvid röret har en diameter på i det när- maste 20 mm.

' Under drift av ànggeneratorn kommer primärfluidum med högt tryck och hög temperatur, som cirkulerar inuti röret 1 ej i direkt kontakt med innerytan av röret i dess övergängsområde É, eftersom' nickelskiktet 10 utgör innerskiktet för röret i detta område. Detta skikt 10 har låg restpåkänningskoncentration och kan därför stå emot korrosion av primärfluídumet, under driftförhållandena för ånggene- ratorn.

Det inre skiktet av röret 1 som har en hög restpåkänningskon- centration har således ersatts av ett skikt med en låg påkänningskon- centration, som motstår korrosion, och isolerar innerytafi för det egentliga röret från primärfluidum under högt tryck och vid hög tem- peratur.

Fig 3 visar ett rör 1 fäst med hjälp av utvidgningsvalsníng i en rörplatta 2 innefattande, liksom förut, ett inre elektrolyt- nickelskikt 10 över en höjd som är avsevärt större än höjden för övergàngsområdet 5, på endera sidan av den övre ytan för rörplattan 2. Dessutom innefattar röret ett yttre skikt av elektrolytnickel 12 som har pålagts på röret före insättandet av detta i hålet 3 i rör- plattan och innan delen 4 av röret har expanderats.

Under expansionsvalsningen,har en del av det yttre beläggnings skiktet 12 av nickel drivits in i det cirkelformiga utrymmet 7 som kvarstår mellan röret 1 och hålet 3 i rörplattan 2, för att bilda en vulst 11 som fyller ut cirkelutrymmet 7.

Beläggandet med elektrolytnickel på ytterytan för röret kan utföras med varje känt förfarande för elektrolytbeläggning av ett rörs ytteryta.

» I Ytterytan för ändarna för alla rör i knippet är belagda med ett skikt nickel med en tjocklek i storleksordningen 1/10 mm, från HO 464 138 rörets ände över en längd som är avsevärt större än tjockleken för rörplattan, denna längd kan uppgå till 2 ggr tjockleken för rör- plattan. Rörets ände är sedan införd i det motsvarande hålet 3 i rörplattan 2 och är sedan utvidgad och påkänningsavlastad såsom för- ut. Slutligen är det inre skiktet 10 elektrolytiskt pålagt på in- sidan av röret med hjälp av en anordning för invändig beläggning som kan vara av det slag som visas i fig 4 eller S.

Fig 4 visar anordningen för elektrolytbeläggning med nickel anordnad inuti röret 1, för en beläggningsoperation ledande till åstadkommandet av ett skikt 10 över en rörlängd som är avsevärt större än längden för övergångsomràdet 5. ' Anordningen innefattar en övre plugg 14 och en undre plugg , bestående av plast, vars diameter ör det möjligt att plugga igen röret läcktätt i dess ovidgade del respektive i dess vidgade del. Pluggarna 14 innefattar gripörgan som gör det.möjligt för dem att insättas inuti röret från rörplattans undersida. Två ledningar 16 och 17 går genom den nedre pluggen 15 och gör det möjligt att mata elektrolyten till rörets inre volym mellan pluggarna 14 och 15 och att avlägsna denna elektrolyt så att den kan uppsamlas i ett lagringskärl 18. En pump 19 möjliggör transporten av elektrolyten från lagringskärlet 18 till innerutrymmet i röret mellan pluggarna 14 och 15. Reglering av sammansättningen av elektrolyten för en nickelbeläggning kan ske i lagríngskärlet 18.

En perforerad rörformad elektrod 22 med en diameter som är aningen mindre än rörets 1 diameter är fäst på pluggen 15, varvid denna elektrod är ansluten till den positiva polen för en likströms- generator 20, vars negativa pol är ansluten till röret 1.

Eftersom strömstyrkan som avges av generatorn 20 hålls på ett bestämt värde, beror tjockleken av nickelbeläggningen 10 endast på den tid under vilken strömmen passerar genom elektrolyten. Ett beläggande skikt 10 med en perfekt avpassad tjocklek kan således åstadkommas inuti röret 1. I ' ' Längden av området som beläggs av nickelskiktet 10 bestäms av läget för pluggarna 14 och 15, vars insättande bestäms med hjälp av en mätsticka när anordningen installeras och av läget och stor- leken för den rörformade elektroden 22.

Fig 5 visar en alternativ form av ett utförande för e1ektro~ lysanordningen som gör det möjligt att åstadkomma ett inre skikt av nickelbeläggning i ett rör fäst med hjälp av utvidgning i en rör- platta. #0 8 464 138 Istället för en perforerad ihålig cylindrisk elektrod 22 tillverkad av metall eller av någon dyr metall såsom platina, såsom använts i anordningen som visas i fig 4, användes en grafitanod 24 med en diameter som är aningen mindre än rörets 1 diameter, omgiven av en ledande och porös plugg 25 impregnerad med elektrolyt. Anoden 24 är ansluten till den positiva polen för likströmsgeneratorn 26 genom mellankoppling aven ihålig elektrodbärare 27, varvid den negativa polen för generatorn är ansluten till röret 1. Den ihåliga elektrodbäraren 27 kyls av cirkulation av kylmedium som avges till eledtrodbäraren via ett rör 28 och avlägsnas via ett rör 29.

Med hjälp av anordningen som visas i fig 5 kan en nickelbe- läggning 10 åstadkommas i övergångsområdet 5 för röret och på en- dera sidan om detta område över en tillräcklig längd, antingen genom att anordna en plugg 25 med tillräcklig längd eller att för- flytta elektroden ÉÅ och pluggen inuti röret på ett styrt sätt med en elektrolystid som är tillräcklig för att producera ett nickel- skikt av den erforderliga tjockleken i röret.

Såsom framgår är de väsentliga fördelarna av förfarandet i enlighet med uppfinningen_att inleda på ett mycket enkelt sätt ett extremt effektivt skydd av röret mot korrosion av primärfluidet i övergångsområdet som är mest känsligt för denna korrosion, till följd av påkänningsansamlíngarna och för att åstadkomma-detta skydd utan att modifiera de metallurgiska eller mekaniska tillstånden för rören.

I de fall där en yttre beläggning också anordnas på röret innan detta fixeras i rörplattan, erhålles på detta sätt effektivt skydd mot korrosion av sekundärfluidum, i synnerhet i området där röret kommer ut från rörplattans yta vilken är i kontakt med sekun- därfluidumet.

Uppfinningen är ej begränsad till de utföranden som beskri1'i vits ovan utan tvärtom är alternativa former inom ramen för upp-- finningstanken möjliga. Istället för en nickelbeläggning kan således, en beläggning av någon annan metall användas, förutsatt att denna metall är kompatibel med det material av vilket röret, som skall be- läggas, är tillverkat.

Det är också möjligt att åstadkomma andra organ för det in- vändiga beläggandet av röret efter expansionsvalsningen och påkän- ningsavlastningen.

Vidare kan metallbeläggningarna som åstadkommits på inre och yttre ytor för värmeväxlarröret åstadkommas på annat sätt än ÄO 9 464 138 genom elektrolytbeläggning, genom kemisk eller fysikaliskkemiska metoder för metallisering exempelvis.

Slutligen är förfarandet i enlighet med uppfinningen inte endast tillämpligt i fallet med ånggeneratorer för tryckvattenreak- torer, utan också i fallet med varje ånggenerator som innefattar rör som valsas fast i en tjock rörplatta vars inneryta kommer i kon- takt med ett fluidum som kan vara korrosivt vid användníngsförhål- landena för ånggenratorn.

Claims (5)

464 158 f” P a t e n t k r a v

1. Förfarande för korrosionsskydd av ett ånggeneratorrör (1) fixerat genom utvidgning i en tjock rörplatta (2) mellan ytan av rörplattan som kommer i kontakt med det fluídum som avger värme till ànggeneratorn i närheten av vars yta änden (4) av röret (1) är svetsad vid plattan (2) och den andra ytan av rörplattan (2) genom vilken röret (1) kommer in i det område av ánggeneratorn som mottar det vatten som skall förângas, k ä n n e t e c k n a t a v att ett metallskikt (10) kompatibelt med materialet i röret (1) på- lägges elektrolytiskt på innerytan av röret (1) efter det att detta fixerats i rörplattan (2) genom utvidgning, och om tillämpligt, pà- känningsavlastats, på bägge sidor om ytan av rörplattan (2) i kon- takt med det vatten som skall föràngas, över en längd som är avsevärt större än rörplattans (2) tjocklek och som kan uppgå till tvâ gånger dennas tjocklek.

2. Z. Förfarande för korrosionsskydd i enlighet med krav 1, k ä n n e t evc k n a t a v att innan röret införes i rörplattan (2), utvidgas för fastsättning och spänningsavlastas, pålägges ett skikt av metall (12) kompatibelt med materialet i röret (1) på den yttre ytan av röret, i ett område som motsvarar det område av röret (1) som befinner sig på ömse sidor om den yta för rörplattan (2) som kommer i kontakt med vattnet som skall förángas. över en längd sor är avsevärt större än rörplattans (2) tjocklek och som kan uppgå till tvâ gånger dennas tjocklek.

3. Förfarande för korrosionsskydd i enlighet med krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att röret (1) är_tillverkat av någon nickellegering och metallskiktet (10) som pálägges elektrolytiskt består av nickel.

4. Förfarande för korrosionsskydd i enlighet med krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att området på innerytan av röret är belagt med ett elektrolytmetallskikt (10) sträckande sig från ett område tätt intill röränden (1) svetsad vid rörplattan till ett om- råde placerat avsevärt ovanför den yta av rörplattan (2) som kommer i kontakt med det vatten som-skall förångas. U

5.Förfarande för korrosíonsskydd i enlígfiá%4med|ë$àv 2, k ä n n e t e c k n a t a v att elektrolytmetallskíktet (12) på- lagt på rörets (1) ytteryta har en tjocklek som är tillräcklig för att fylla upp cirkelutrymmet (7) mellan rörets (1) ände belägen i närheten av den yta för rörplattan (2) som kommer i kontakt med vattnet som skall förångas och denna rörplatta (2), efter fastsätt- ningsutvídgníng och påkänníngsavlastníng av röret (1).