核电蒸汽发生器是核岛内三大设备之一，俗称锅炉，其与核电站中反应堆压力容器相连，对电站的功率和效率产生直接影响，且在热量交换时可起到阻隔放射性载热剂的作用，因此与核电站的安全密切相关。传热管则是核电卧式蒸汽发生器重要构成设施，是压水堆核电站一回路的承压边界，也是确保核电卧式蒸汽发生器阻隔放射性载热剂作用发挥的关键所在。但近几年传热管泄漏事件不断涌现，且在放射性物质泄漏事件中占75％。分析传热管泄漏的原因，主要是由传热管腐蚀引起。因此，为确保核电站的器安全运行，就必须要提升核电卧式蒸汽发生器传热管的抗腐蚀能力。本文以俄罗斯VVER机组中卧式蒸汽发生器传热管运行期间的腐蚀机理及缓解措施进行分析，以期能为国内VVER核电机组或其他同类型设备运行及老化管理提供参考。
1、结构与特点
目前俄罗斯压水堆核电站所采用的蒸汽发生器为卧式蒸汽发生器，主要包括ПГВ-440（图1）和ПГВ-1000（图2）。其中，传热管与壳体呈水平不足，所选用的材质为俄罗斯08X18H10T奥氏体不锈钢，规格尺寸是16mm×1.4mm和16mm×1.5mm。
图1 ПГВ-440结构图
图2 ПГВ-1000结构图
2、腐蚀机理与腐蚀类型
在WVVER机组运行过程中，二回路给水管线与其他管线的腐蚀物进入到蒸汽发生器中，随着锅炉中炉水的不断蒸发，使得炉水中的各种盐、杂质逐渐浓缩，并附着在传热管的表面，且有部分残渣存在在蒸汽发生器的底部和传热管的支撑处。由于传热管表面附着的沉积物会使得活性混合浓缩，尤其是氯化物，于是便为腐蚀创造了条件。沉积物的厚度、孔隙度及传热管热流密度决定了混合物的浓度，在混合物的浓度达到一定程度时，就会产生电化学腐蚀反应，点蚀坑由此出现，在运行应力和水压试验压力的作用下，在点蚀坑周围会出现应力腐蚀裂纹，由此可能引发传热管泄露事件。
从卧式蒸汽发生器传热管腐蚀机理来看，在核电卧式蒸汽发生器传热管运行期间，主要的腐蚀类型有点腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀这几种缺陷类型，且有时这几种缺陷类型交叉存在，常发生在隔板出和沉积物堆积的自由段。其中，点腐蚀是核电卧式蒸汽发生器传热管较为常见的腐蚀类型（图3），一般是在传热管的外壁、隔板条下出现，其存在形式可以是孤立坑，亦或是在坑群中存在；电化学腐蚀（图4），通常出现在传热管的表面，且呈均匀分布状，在腐蚀初期并不会对传热管整体性造成明显的影响，但随着腐蚀时间的延长，就会使得管壁厚度逐渐变薄；应力腐蚀是核电卧式蒸汽发生器传热管腐蚀类型中较为复杂的一种腐蚀类型（图5），主要是以穿晶或沿晶的形态存在，常出现在传热管与支架交叉位置。导致应力腐蚀的因素有许多，如应力水平、合金成分、引发腐蚀离子的浓度、表面粗糙度等，而在多种因素的作用下，会使得应力腐蚀开裂，随着时间的推移，开裂程度会进一步加剧，甚至引起断裂。如俄新罗瓦利时核电站机组就曾出现过传热管应力腐蚀裂纹问题，从而导致爆管（图6）。
图3 点蚀坑表面及截面形貌
图4 电化学腐蚀表面及截面形貌
图5 应力腐蚀表面和截面形貌
图6 应力腐蚀裂纹导致爆管
3、缓解措施
基于VVER核电机组中传热管腐蚀机理及腐蚀特点基础上，具体采取以下几点改进和缓解措施：
（1）改进蒸汽发生器给水分配系统和排污系统，主要是为了减少由于锅炉中局部蒸汽与给水流量不平衡而导致蒸发较为集中，从而避免局部出现浓度过高的盐和杂质。在系统改进的基础上，还需要定期和连续对容易出现或是无法避免出现“盐室”进行排污，严格控制锅炉中炉水的含盐量。
（2）升级WEER核电机组中凝结水给水系统的材料，优先选优耐腐蚀性强的材料。如对于凝气管的传热管，可采用钛管；低压加热器的传热管，可采用不锈钢管。耐腐蚀性管材的使用，可减少蒸汽发生器二次侧氧化铜和氯离子的含量。
（3）改进二回路冷凝水和主给水系统设备、管道的连接结构，采用焊接的方式对二者进行焊接，可避免氧气进入到系统中。同时，对二回路的热力设备进行物理和热力除氧除气，减少系统中的氧化腐蚀物。
（4）不断优化WWER核电机组二回路水化学工况，从中性水化学工况到弱碱性化学水工况，到碱性化学水工况，降低主给水系统中水的铁含量，从而减少铁的沉积物。
（5）加强机组运行期间二回路与蒸汽发生器排污系统的水化学成分的监测，通过利用在线监测技术，对二回路的水质变化情况进行实时监控，并严格按照要求对系统进行定期排污和连续排污，避免二次侧的盐度超标；加强对蒸汽发生器二次侧腐蚀状态的检测，并定期对沉积物的状态、化学成分进行分析；加强对蒸汽发生器传热管涡流的检测，及时掌握传热管的变薄情况，综合分析检测结果、二次侧腐蚀桩体、排污系统分析结果、二回路水化学工况等，在此基础上制定合理的传热管老化管理措施。
（6）优化无损检测技术和检测频率，定期对传热管易发生腐蚀区域进行自动化检测，定期对焊缝区域进行自动化超声检测，并适当增加超声检测频率。
4、结论与建议
（1）核电卧式蒸汽发生器传热管在高温水下出现腐蚀是客观存在的，通过研究其腐蚀机理，并采取相关的缓解和监督措施后，可实现对腐蚀的有效控制。
（2）导致卧式蒸汽发生器传热管腐蚀的因素有许多，包括材料、结构、水化学工况等，同时其腐蚀类型也较多，包括点腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀等，应对其进行全面综合的分析，并在此基础上制定相应的缓解措施。
（3）跟踪、分析及运用其他WWER机组运行经验和成果，对卧式蒸汽发生器传热管的老化管理至关重要。
参考文献：
[1]余紫群.ПГВ-1000卧式蒸汽发生器运行期间关键部位的损伤机理及缓解措施[J].腐蚀与防护,2019,40(10):764-770+776.
[2]余紫群.卧式蒸汽发生器传热管的腐蚀机理及缓解措施[J].腐蚀与防护,2019,40(09):696-700.
