蒸汽发生器传热管开裂失效分析及腐蚀机理研究

摘要

蒸汽发生器是核动力装置中一个非常重要的热量交换设备，但也是整个核动力装置中的薄弱环节。在核动力装置的停堆事故中，有一半以上是由蒸汽发生器的破损引起的，严重影响到整个核动力装置的安全性和可靠性。如何使传热管不过早破损，延长蒸汽发生器的使用寿命是目前面临的重要课题之一。 本文以某发生破损的蒸汽发生器为研究对象。通过对该蒸汽发生器传热管所用奥氏体不锈钢材料的化学成份、金相组织和力学性能等项目的复验，证明所选用的材料符合设计部门提出的技术要求。通过对有裂纹的传热管进行宏观检查，利用电子探针及光学显微镜对裂纹进行了微观分析，以及通过电子显微镜对断口进行电子金相分析，从而确定传热管破损的类型为穿晶型应力腐蚀破坏。通过对腐蚀产物、工作环境以及管束应力的分析和测定，判断蒸汽发生器传热管发生应力腐蚀开裂的影响因素。本文用滑移溶解模型分析了奥氏体不锈钢应力腐蚀的产生和扩展的机理，并利用ANSYS有限元分析软件分析了点蚀孔附近的应力状况及点蚀孔应力集中对奥氏体不锈钢应力腐蚀过程的影响。计算结果表明点蚀孔的“应力提升器”的作用十分可观。 为防止传热管发生应力腐蚀破坏，建议选择耐腐蚀性能较好‘的管材，不断完善结构设计及制造工艺，对二次侧水质进行有效控制并定期清洗以及对蒸汽发生器进行在役检查及时发现问题并进行补救。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.1.1蒸汽发生器在核动力装置中的地位和作用

1.1.2自然循环蒸汽发生器结构及工作原理

1.2研究背景

1.3本课题研究意义

1.4本论文研究内容和方法

第2章传热管用材检验与分析

2.1化学成份分析

2.2物理性能测定

2.3机械性能测定

2.4金相检验

2.5对比实验

2.6本章小结

第3章裂纹和断口形貌分析

3.1裂纹宏观分析

3.1.1管束外表面裂纹形貌

3.1.2裂纹取向

3.1.3直管段裂纹分布规律

3.1.4弯管段裂纹分布规律

3.2管束裂纹微观分析

3.2.1裂纹扩展的形态特征

3.2.2夹杂物对裂纹扩展的影响

3.3裂纹断口宏观分析

3.4裂纹断口微观分析

3.5腐蚀产物及夹杂物分析

3.5.1裂纹断口上的腐蚀产物分析

3.5.2传热管表面的腐蚀产物分析

3.5.3传热管裂纹断口上夹杂物分析

3.6裂纹中氯离子的浓缩

3.7本章小结

第4章应力测定与分析

4.1残余应力测定

4.1.1测量方法

4.1.2实验结果

4.1.3结果分析

4.2装配应力测定

4.3本章小节

第5章应力腐蚀机理及点蚀孔应力集中

5.1应力腐蚀机理

5.2点蚀孔应力集中的有限元分析

5.2.1点蚀孔半径对应力集中的影响

5.2.2外加应力大小对点蚀孔应力集中的影响

5.2.3点蚀孔深度对点蚀孔底部应力集中的影响

5.2.4点蚀孔形状对点蚀孔底部应力集中的影响

5.3本章小结

第6章传热管破损影响因素及防护措施

6.1影响因素

6.1.1材料因素

6.1.2环境因素

6.1.3应力因素

6.2防护措施

6.3本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢