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CN103629655B - 具有防腐层的蒸汽发生器管板及其制备方法 - Google Patents

具有防腐层的蒸汽发生器管板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种蒸汽发生器管板及其制备方法，所述蒸汽发生器管板支撑蒸汽发生器的传热管。特别涉及一种具有防腐层的蒸汽发生器管板及其制备方法。具体地，具有防腐层的蒸汽发生器管板包括：蒸汽发生器管板，其支撑汽化器的传热管；及耐腐蚀性金属，其镀附在一次侧管板表面和二次侧管板表面上。此外，具有防腐层的蒸汽发生器管板的制备方法包括以下步骤：用耐腐蚀性金属镀附一次侧管板表面和二次侧管板表面；对上述镀附的管板进行热处理；以及钻孔，在所述进行过热处理的管板上形成传热管安装孔；从而抑制一次侧管板表面和二次侧管板表面的腐蚀，并防止传热管的凹陷及应力腐蚀裂痕，从而提高蒸汽发生器的可靠性。

Description

具有防腐层的蒸汽发生器管板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有防腐层的蒸汽发生器管板及其制备方法，其用于防止核电站蒸汽发生器管板的腐蚀及传热管的凹陷（denting）。
背景技术
原子能发电利用的是核反应堆压力容器内核燃料的核裂变反应所产生的热。在核裂变中产生的热量被传递到在燃料组件和汽化器之间循环的第一次侧（primaryside）上。一次侧变热的水在蒸汽发生器中向第二次侧传递热量，由此生成的蒸汽将转动涡轮发电机。经过涡轮的二次侧（secondaryside）在冷凝器中温度降低，再次进入到蒸汽发生器中。
此时，将一次侧中流动的冷却水-在核反应堆和蒸汽发生器之间循环的水称为一次侧冷却水，将二次侧中流动的冷却水称为二次侧冷却水。
在核电站运转的蒸汽发生器所具备的管板（tubesheet）100为一种支撑板，其用于将传热管200（tube）进行扩管并进行固定，所述管板的材质为低合金钢。一次侧冷却水在上述传热管200的内部流动，二次侧冷却水在传热管200的外部流动。
参照图1，与二次侧冷却水接触的二次侧管板表面，由于腐蚀反应被氧化成磁石（magnetite），使体积膨胀。在该过程中相邻的绝热管200的外面向内径方向挤压，使形状产生改变。将这种现象称为凹陷。如果发生凹陷，传热管200将被附加应力，从而使传热管200容易产生应力腐蚀裂痕。
在传热管200上产生裂痕的情况下，会使在传热管200内部流动的一次侧冷却水向传热管200外部泄漏。一次侧冷却水将包含从接触冷却水的材料表面熔解析出的钴、镍、铁等金属离子及金属氧化物，这些金属离子和金属氧化物在核反应堆内部进行放射化而带有放射能。由此，将产生如下严重的问题，即，带有放射能的一次侧冷却水向传热管200的外部泄漏，并随二次侧冷却水排放到蒸汽发生器的外部。
为了抑制这种现有的凹陷现象，一直所采用的方法有将二次侧冷却水质维持在中性的水化学方案和对蓄积在管板上部的沉淀物40进行去除的气割（lancing）及化学清洗方法，但仍然存在凹陷现象。
此外，在韩国专利公开公报2005-0007950中公开有一种防止蒸汽发生器管板100腐蚀的方法，即，公开有一种用耐腐蚀性强的材料带（strip），对管板100进行加固焊接的结构。但是，上述加固焊接是在形成传热管安装孔30后形成，在镀附焊接之后再次形成传热管安装孔30。而且，上述加固焊接形成至管板100内部。
现有技术文献
专利文献
韩国专利公开公报2005-0007950
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的在于，通过用耐腐蚀性金属对核电站蒸汽发生器管板的一次侧管板表面和二次侧管板表面进行镀附，从而防止腐蚀导致的传热管凹陷。
此外，本发明的另一目的在于，在对管板表面进行镀附后，用适当的温度进行热处理，从而去除焊接导致的残留应力，以此来提高镀附层的可靠性。
此外，本发明的又一目的在于，在形成传热管安装孔的钻孔步骤之后或之前，对二次侧管板表面进行研磨，从而将沉淀物的附着降低到最小限度。
此外，本发明的再一目的在于，用耐腐蚀性金属对一次侧管板表面和二次侧管板表面进行镀附后，一次性地形成传热管安装孔，从而提高安装孔的推进度及加工尺寸的精度，并节省制备时间及制备费用。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种具有防腐层的蒸汽发生器管板，所述蒸汽发生器管板包括：蒸汽发生器管板，其支撑蒸汽发生器的传热管；耐腐蚀性金属，其镀附在一次侧管板表面和二次侧管板表面上。
此外，本发明提供一种具有防腐层的蒸汽发生器管板的制备方法，所述具有防腐层的蒸汽发生器管板支撑传热管，所述制备方法的特征为，其包括以下步骤：用耐腐蚀性金属镀附（cladding）一次侧管板表面和二次侧管板表面；对上述镀附的蒸汽发生器管板进行热处理；以及钻孔，在上述进行热处理过的蒸汽发生器管板上形成传热管安装孔。
有益效果
本发明不仅用耐腐蚀性金属对一次侧管板进行镀附，而且还对二次侧管板表面进行镀附，从而抑制二次侧管板表面的腐蚀及防止传热管的应力腐蚀裂痕，因此使蒸汽发生器的可靠性得到提高。
此外，本发明在镀附步骤之后，进一步包括对管板进行热处理的步骤，因此可以使镀附加工导致的加工变形最小化。
此外，本发明在钻孔之前或之后，进一步包括研磨管板的步骤，因此可以将沉淀物的附着降低到最小限度。
此外，本发明在镀附步骤之后，用一次性钻孔步骤来形成传热管安装孔，因此在提高传热管安装孔的推进度的同时，减小传热管安装孔的加工尺寸的公差，显著地节省制备时间和费用。
此外，本发明用耐腐蚀性金属对非管板内部的一次侧管板表面和二次侧管板表面进行镀附，因此节约制备时间，使制备工序变得容易。
附图说明
图1为采用现有技术制备的蒸汽发生器管板上安装有传热管的截面图。
图2是本发明蒸汽发生器管板的制备方法的概念图。
图3是由本发明的蒸汽发生器管板的制备方法制备的蒸汽交换器管板的平面图。
图4是安装有传热管的蒸汽发生器管板沿图2的A-A'线切开的截面图。
图5是在试验溶液的pH为2的情况下，对合金690和SA508Cl.3的电化学腐蚀速度进行比较的图表。
图6是在试验溶液的pH为7的情况下，对合金690和SA508Cl.3的电化学腐蚀速度进行比较的图表。
图7是在试验溶液的pH为12的情况下，对合金690和SA508Cl.3的电化学腐蚀速度进行比较的图表。
图8是表示在315℃下的2MNaOH溶液中，合金690和SA508的电化学腐蚀速率的图表。
图9是表示在300℃下的0.1MNiCl2溶液中，合金690和SA508的电化学腐蚀速率的图表。
附图标记说明
100:蒸汽交换器管板
11:一次侧管板
12:二次侧管板
20:耐腐蚀性金属
30:传热管安装孔
40:沉淀物
200:传热管
D:镀附在二次侧管板上的耐腐蚀性金属的厚度
H:传热管扩管部缝隙深度
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的结构及作用进行详细地说明。
本发明为具有防腐层的蒸汽发生器管板100，其包括：蒸汽发生器管板100，其支撑蒸汽发生器的传热管200；耐腐蚀性金属20，其镀附在一次侧管板表面11及二次侧管板表面12上。上述耐腐蚀性金属20的材料为腐蚀速度低于上述蒸汽发生器管板100的腐蚀速度的金属或合金，优选包括不锈钢（STS）、合金600、合金690中的至少一种。
参照图2，所述蒸汽发生器管板100的制备方法如下所述，所述蒸汽发生器管板100支撑蒸汽发生器的传热管200。本发明的具有防腐层的汽化器的管板100的方法包括以下步骤：提供一定厚度的蒸汽发生器管板100；用耐腐蚀性金属20镀附一次侧管板表面11和二次侧管板表面12；对上述镀附的蒸汽发生器管板100进行热处理；钻孔，在上述进行热处理过的蒸汽发生器管板100上形成传热管安装孔30。
本发明的具有防腐层的蒸汽蒸汽发生器管板100的制备方法通过如下步骤制备，即，准备一定厚度的蒸汽发生器管板100，在上述蒸汽发生器管板100的一次侧管板表面11和二次侧管板表面12上镀附具有一定厚度的耐腐蚀性金属20。蒸汽发生器管板100存在以下问题。与一次侧冷却水及二次侧冷却水相遇的部位容易被氧化而腐蚀，从而产生凹陷。由此，导致传热管破裂，使得带有放射性的一次侧冷却水向传热管200的外部流出，并随二次侧冷却水向汽化器的外部释放，从而导致严重的问题。因此，用耐腐蚀性金属20对一次侧冷却水和二次侧冷却水相遇的蒸汽发生器管板100的表面进行镀附，可以防止蒸汽发生器管板100的腐蚀。
现有技术（韩国专利公开公报2005-0007950）公开了一种对管板内部也进行加固焊接的结构。而本发明采用只对一次侧管板表面11和二次侧管板表面12用耐腐蚀性金属进行镀附的结构，因此，与现有技术相比，具有缩短制备时间、制备步骤简易的优点。
构成上述耐腐蚀性金属20的材质为腐蚀速度低于蒸汽发生器管板的腐蚀速度的金属或合金，优选可以包括不锈钢（STS）、合金600、合金690中的至少任意一种。
但是，在上述镀附过程中，在应力下的镀附层中或镀附层和管板界面上产生内部裂痕，这会成为降低管板100寿命的原因，因此，本发明的蒸汽发生器管板100的制备方法进一步包括对镀附的蒸汽发生器管板100进行热处理的步骤，从而可以提高管板的韧性（toughness）及耐腐蚀性。此时，热处理操作可以使用火焰、电阻热处理、高频热处理及激光热处理。
上述热处理步骤优选在600℃～820℃的温度下，实施10～60分钟。在上述热处理温度小于600℃的情况下，不能充分地去除镀附部位的残留应力，在超过820℃的情况下，抗拉强度及硬度减小，会形成不当的沉淀物。
上述热处理步骤可以对蒸汽发生器管板100的整体进行热处理，也可以对作为应力集中部位的经过镀附的一次侧管板表面11及二次侧管板表面12进行局部热处理，或者只对二次侧管板表面12进行局部地热处理，从而可以节约制备费用。通过对镀附的蒸汽发生器管板100进行热处理，可以去除随镀附步骤产生的残留应力。由此，应力集中的一次侧管板表面11和二次侧管板表面12的韧性及耐腐蚀性得到提高，从而可以制得使用寿命得到提高的管板100。
在完成蒸汽发生器管板100上的热处理步骤后，对实施了镀附步骤及热处理步骤的蒸汽发生器管板100实施钻孔步骤，所述钻孔步骤是在蒸汽发生器管板100上形成传热管安装孔30。参照图2和图4，上述钻孔步骤对管板100进行通孔，以使一次侧冷却水能够流入传热管200内部。上述钻孔步骤虽然可以用手动实施，但优选将传热管安装孔30的直径及间距等输入到预先设定的程序中，再根据所设定的输入值，使未图示的钻孔机运转，从而完成钻孔步骤。
上述钻孔步骤在经过镀附步骤及热处理步骤之后进行，用一次钻孔步骤代替两次钻孔步骤，因此与现有技术（韩国专利公开公报2005-0007950）相比，传热管安装孔30的推进度得到提高，能够缩小孔的尺寸公差。而且，能够显著地减少制备时间及费用。
如图4所示，传热管安装孔30大于传热管200的直径，使传热管200能够容易地插入到传热管安装孔30中。传热管200插入到传热管安装孔30中之后，在传热管200的下部施加压力，使传热管200的下部扩管，从而安装到管板100中。此时，镀附在二次侧管板上的耐腐蚀性金属的厚度D与传热管扩管部的缝隙深度H相等或大于传热管扩管部的缝隙深度H，从而防止在传热管扩管部缝隙内部中由于杂质浓缩而导致的加速腐蚀现象。通常传热管扩管部缝隙的深度为6.35mm，镀附在二次侧管板上的耐腐蚀性金属的厚度D优选形成为7mm～20mm。
此外，在上述钻孔步骤之后，进一步包括对形成有传热管安装孔30的二次侧管板表面12进行研磨的研磨步骤，从而使二次侧管板表面12变得平坦。通过在上述钻孔步骤之后进行上述研磨步骤，使二次侧管板表面12变得均匀，并提高粗糙度（roughness），从而能够防止传热管200受到损伤，防止在二次侧管板表面12上附着沉淀物40。
更优选地，在上述热处理步骤和上述钻孔步骤之间，可以进一步包括对将要形成所述传热管安装孔30的二次侧管板表面12进行研磨的步骤。通过在上述钻孔步骤之前研磨二次侧管板表面12，提高二次侧管板表面12的粗糙度，从而使沉淀物40的附着最小化，具有容易镀附的优点。
实施例
图5～图7是将用于镀附的耐腐蚀性金属20之一的合金690和作为现有管板100材料的SA508Cl.3为对象，对它们随pH变化的电化学腐蚀速度进行测定，并对试验结果进行比较的结果。图5是在试验溶液的pH为2的情况下，对合金690和SA508Cl.3的电化学腐蚀速度进行测定，并进行比较的结果；图6是在试验溶液的pH为7的情况下，对合金690和SA508Cl.3的电化学腐蚀速度进行测定，并进行比较的结果；图7是在试验溶液的pH为12的情况下，对合金690和SA508Cl.3的电化学腐蚀速度进行测定并进行比较的结果。
参照图5可知，在试验溶液的pH为2的情况下，合金690的电化学腐蚀速度与作为现有的管板100的材料的SA508Cl.3相比，减少至1/145。参照图6可知，在试验溶液的pH为7的情况下，合金690的电化学腐蚀速度与作为现有的管板100的材料的SA508Cl.3相比，减少至1/18，参照图7，在试验溶液的pH为14的情况下，合金690的电化学腐蚀速度与作为现有蒸汽发生器管板100的材料的SA508Cl.3相比，减少至1/16。
而且，在酸性、中性、碱性的所有范围内，合金690材料的腐蚀电位高，阴极极化曲线与SA508Cl.3的阳极极化曲线交叉出现。由此可知，现有的管板100的材料在传热管的扩管部与作为传热管200的材料的合金690接触，引起由原电池效应导致的腐蚀加速。
如图8所示，现有的SA508管板材料在与溶液和磁石接触的条件下表现出重量减小，而合金690镀附材料却显示出微弱的重量增加。只暴露在溶液中的SA508的腐蚀速度为0.00701mg/cm2h，二合金690镀附材料的腐蚀速度却显示为0.00024mg/cm2h的低值。在位于磁石内部的条件下，SA508的腐蚀速度为0.01914mg/cm2h，而合金690镀附材料却减小为0.00033mg/cm2h，值很低。由此可知，通过镀附合金690，使管板的抗腐蚀性提高约30～60倍。
如图9所示，在与溶液和磁石接触的条件下，两种试验材料重量均减轻。只暴露在溶液中的现有管板基底金属SA508的腐蚀速度为0.87330mg/cm2h，而合金690镀附材料的腐蚀速度却显示为0.00163mg/cm2h的低值。在位于磁石内部的条件下，SA508的腐蚀速度为2.06200mg/cm2h，而合金690镀附材料却急剧减小到0.00303mg/cm2h。即，通过合金690镀附，管板的抗腐蚀性显著提高约540～680倍。
由此，可以证明本发明的覆盖有磁石的管板即使在300～315℃的苛刻的碱性环境及酸性环境下，也能够非常有效地防止凹陷。
本发明不限定于上述特定的优选实施例和变形例中，在不脱离本权利要求书中所要求保护的本发明的要点的情况下，本领域技术人员可以实施多种设计变形是显然的。并且与其相同的变形包含在权利要求书所述的范围内。

Claims (4)

1.一种具有防腐层的蒸汽发生器管板的制备方法，所述具有防腐层的蒸汽发生器管板(100)支撑传热管(200)，所述制备方法的特征在于，
其包括以下步骤：用耐腐蚀性金属(20)镀附(cladding)一次侧管板表面(11)和二次侧管板表面(12)；对所述镀附的蒸汽发生器管板(100)的作为应力集中部位的经过镀附的一次侧管板表面(11)及二次侧管板表面(12)进行局部热处理，或者只对二次侧管板表面(12)进行局部热处理；以及钻孔，在所述进行过热处理的蒸汽发生器管板(100)上形成传热管安装孔(30)，
所述传热管(200)的下部形成扩管部，并安装到所述管板(100)中所镀附的耐腐蚀性金属(20)上，
在所述镀附步骤中，所述耐腐蚀性金属(20)的厚度(D)大于或等于传热管扩管部的缝隙深度(H)，
其中，所述耐腐蚀性金属(20)为腐蚀速度低于所述蒸汽发生器管板(100)的腐蚀速度的金属或合金，
所述热处理步骤是在600℃～820℃的温度下，对镀附的所述二次侧管板表面(12)进行10～60分钟的热处理。
2.根据权利要求1所述的具有防腐层的蒸汽发生器管板的制备方法，其特征在于，在所述钻孔步骤之前，进一步包括对将要形成所述传热管安装孔(30)的二次侧管板表面(12)进行研磨的步骤。
3.根据权利要求1所述的具有防腐层的蒸汽发生器管板的制备方法，其特征在于，在所述钻孔步骤之后，进一步包括对形成有所述传热管安装孔(30)的二次侧管板表面(12)进行研磨的步骤。
4.根据权利要求1所述的具有防腐层的蒸汽发生器管板的制备方法，其特征在于，所述耐腐蚀性金属(20)包括不锈钢(STS)、合金600、合金690中的至少一种。
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