用於抑制設備中腐蝕的方法和設備的製作方法

2023-07-03 21:03:11

專利名稱:用於抑制設備中腐蝕的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於抑制構成設備的管道、裝置、機器等的腐蝕的方法，以及涉及設備。
背景技術：
熱動力設備和核動力設備通常具有這樣的系統，其用蒸汽發生器產生的蒸汽來驅動渦輪，並且將冷凝水返回到該蒸汽發生器。因為這樣的系統的管道和/或裝置會由於運行過程中的腐蝕而導致損壞，已採用了針對這種損壞的防範措施來降低腐蝕。
例如，在目前的加壓水的核動力設備的次級系統中，已經採取了防範措施如補充水的管理和水處理化學品的管理來防止雜質滲透到該系統中，目的是防止蒸汽發生器和渦輪中的腐蝕問題。為了抑制構成所述系統的裝置和管道的腐蝕，採取了防範措施，通過使用PH調節劑和注入肼控制pH來獲得脫氧化的和還原性氣氛。此外，已經採取了各種其他的防範措施或者方法，例如安裝脫鹽裝置和其正確的操作來將滲透的雜質從系統中除去，安裝淨化系統和蒸汽發生器的排放收集系統，和安裝脫氣器來降低溶解的氧氣。
放置脫氣器使系統的循環水脫氣和降低轉移到蒸汽發生器的氧氣。脫氣器用於抑制由於氧氣原因導致的結構元件腐蝕電勢的增加。隨著氧氣濃度的升高，發生了由於該電勢升高導致的裂紋例如粒間腐蝕裂紋和應力腐蝕裂紋。
同時，金屬離子從管道上的洗脫等是發生在高溫熱水中的一種典型的現象。金屬離子的洗脫導致了產生結構元件以及管道和其他元件發生腐蝕的運行問題，並且產生了各種影響例如提高了維修的頻率。此外，洗脫的金屬離子在系統的高溫部分例如管道表面和蒸汽發生器中作為氧化物沉積和結晶，其導致了因為電勢增加引起的腐蝕裂紋現象。因為附著的氧化物導致傳熱劣化，因此所述氧化物需要通過化學清潔來定期除去。
因此，這樣的現象如金屬洗脫和腐蝕會在長期設備操作或者運行過程中逐步累積，並且可能會引起在某些點上無徵兆的故障。為了消除這樣的現象，將化學品例如氨和肼注入來控制PH以進行脫氣，從而降低來自系統的鐵洗脫，作為防止鐵流入蒸汽發生器的防範措施。
為了消除U形夾部分的鹼濃度，已經提出了各種建議用於水質量的控制，例如氯離子濃度的管理和溶解的氧的濃度控制。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本專利特開公開號2010-96534
專利文獻2 :日本專利號3492144
發明描述
本發明要解決的技術問題
如前所述，常規的腐蝕抑制方法不僅需要不同的裝置例如脫氣器和化學品注射和控制裝置用於抑制腐蝕，而且需要進行化學品濃度控制和嚴格的水化學控制。因此，裝置被擴大，並且運行控制是複雜的，這導致了設備的裝置成本和運行成本的增加。
本發明已經考慮了上述情形，並且其目標是提供一種用於抑制設備中腐蝕的方法和其中具有蒸汽發生器和渦輪的系統的結構元件沉積有保護性物質的設備，目的是實現裝置成本和運行成本的降低。
解決問題的手段
為了解決上述現有技術中的問題，本發明提供一種用於抑制設備中的腐蝕的方法，該設備包括具有蒸汽發生器、渦輪、冷凝器和加熱器的系統，並且將未脫氣的水在該系統中進行循環，其中將保護性物質沉積在該系統與未脫氣的水發生接觸的結構元件上。
發明效果
在本發明的用於抑制設備中的腐蝕的方法和設備中，該設備的裝置成本和運行或者操作成本會降低。


圖1是表示根據本發明實施方案的設備的次級系統的示意圖。
圖2是表示根據本發明實施方案的在結構元件上形成的沉積的概念圖。
圖3是表示了在根據本發明的實施方案的效果確認測試I中，相對於純材料的腐蝕量的比率的圖。
圖4是表示了在根據本發明的實施方案的效果確認測試2中，相對於純材料的腐蝕量的比率的圖。
圖5是表示了在根據本發明的實施方案的效果確認測試3中，相對於純材料的腐蝕量的比率的圖。
圖6是表示了在根據本發明的實施方案的效果確認測試4中，相對於純材料的附著量的比率的圖。
圖7是表示了在根據本發明的實施方案的效果確認測試5中，相對於純材料的腐蝕量的比率的圖。
實施發明的模式
下文中，將參考附圖來描述本發明的實施方案。
(構造)
參考圖1-7來解釋將本發明的實施方案的用於抑制腐蝕的方法應用於加壓水核動力設備的次級系統的實施例。
如圖1所示，該次級系統包括核反應器1、蒸汽發生器2、高壓渦輪3、溼氣分離加熱器4、低壓渦輪5、冷凝器6、低壓加熱器7、高壓加熱器8、高溫脫鹽裝置(淨化裝置)9和高溫過濾器(淨化裝置)10。冷凝器6可以包括具有低溫淨化裝置(脫鹽裝置+過濾器)的冷凝器單元，其提供在冷凝器6的下遊側。
因為上述結構的次級系統不具有提供在常規加壓水核動力設備的次級系統中的脫氣器，因此未脫氣的水在次級系統內部循環。未脫氣的水是循環水，其既不進行通過脫氣器的脫氣加工，也不進行通過化學品注射裝置將用於脫氣的化學品例如肼注入。
在本發明的實施方案中，構成系統的管道和裝置如蒸汽發生器2、低壓加熱器7和高壓加熱器8的表面，即，與未脫氣的水發生接觸的結構元件的表面通過常規已知的方法沉積有保護性物質。該結構元件可以由對應於裝置、機器等類型或者位置的一種或多種的鋼材料、非鋼材料、非鐵金屬或者焊接金屬製成。
保護性物質的例子包括選自下面的金屬元素的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽化合物、乙酸化合物或者草酸化合物T1、Y、La、Zr、Fe、N1、Pd、U、W、Cr、Zn、Co、Mn、Cu、Ag、Al、Mg 和Pb。此外，雖然一種類型的保護性物質可以在管道和各種裝置上形成，但是該保護性物質可以以兩種或者更多種類型的組合來形成。
例如，在本發明的實施方案中，如圖2所示，蒸汽發生器17的表面是用基於鈦的保護性物質(例如二氧化鈦(TiO2)) 18沉積的，管道13的表面是用基於釔的保護性物質14 (例如氧化釔(Y2O3))沉積的，和加熱器15的表面是用基於鑭的保護性物質16 (例如氧化鑭(La2O3))沉積的。圖2是概念圖，表示了沉積在結構元件11表面上的保護性物質12。
作為用於沉積保護性物質12的方法，可以使用各種公知方法，例如通過噴塗和施塗來沉積，和通過將含有保護性物質的流體與管道和裝置接觸來沉積。
此外，取決於沉積物的降解程度，這樣的沉積適於在設備運行之前進行或者在定期檢查時進行。
(運行和功能)
如前所述，將位於常規的次級系統中脫氣器配置來對系統中的循環水脫氣，目的是減少傳輸到蒸汽發生器的氧氣。該脫氣器起到了抑制結構元件中由於氧導致的腐蝕電勢增加的作用。
因此，如果不對系統水中的循環水施加脫氣處理時，裝置或者裝備例如包括管道的蒸汽發生器也沒有被腐蝕損壞，則不必布置脫氣器本身，這使得實現裝置尺寸的減小和裝置成本和運行或者操作成本的降低成為可能。
本發明的發明人重點關注了這一點，並且使用了上述構造。結果，新發現次級系統中常規上需要的脫氣器是可以省掉的。
更具體的，在本發明的實施方案中，沉積在次級系統的管道和裝置上的保護性物質充當了阻止氧氣擴散到系統的水中的屏障，由此降低了到達結構元件表面上的氧氣的量。這種降低消除了由於氧氣導致的腐蝕電勢的增加，並且能夠將結構元件表面保持在低電壓。結果，使用未脫氣的水作為系統中的循環水成為可能。
下文中，將參考圖3-7來解釋在本發明的實施方案的對保護性物質進行的效果確認測試。
(效果確認測試I)
圖3是表示了本發明實施方案的沉積有保護性物質12的結構元件11相對於沒有沉積該保護性物質的結構元件(純材料)的腐蝕量的比率的圖。
如圖3所示，作為在180°C的中性未脫氣的水中進行的測試的結果，在沉積有各自的保護性物質12 (在這個實施例中是Ti02、Y203和La2O3)的全部結構元件11上確認了腐蝕量明顯的降低。
(效果確認測試2)
圖4是表示了純材料和本發明實施方案的沉積有保護性物質12的結構元件11之間在使用不同水質量(中性、酸性和鹼性)的高溫熱水的情況中的腐蝕量的比率的圖。
圖4表明在純材料中由於發生氧化而導致腐蝕，而不管水質量如何，本發明實施方案的沉積有保護性物質12的結構元件11都提供了腐蝕抑制作用。
(效果確認測試3)
圖5是表示了純材料和本發明的實施方案的結構元件之間在系統水溫度變化的情況中的腐蝕量的比率的圖。
圖5表明在一般的純材料中由於發生氧化而導致腐蝕，而本發明實施方案的沉積有保護性物質的結構元件通過抑制氧氣的擴散而提供了腐蝕抑制作用。此外，在低溫區，因為沒有發生腐蝕，因此相對於純材料的腐蝕重量比幾乎沒有表現出變化，而隨著溫度升高，發生氧化反應，並且腐蝕量增加。這個事實表明保護性物質的擴散阻擋功能變得更強。
因此，甚至在省掉脫氣器的水質量條件下，通過保護性物質所表現出來的腐蝕抑制作用在更高的溫度下變得很顯著。這種作用在各個物質中都表現出來。所以，已經發現本發明實施方案的保護性物質在設備的運行溫度表現出顯著的腐蝕抑制作用。
(效果確認測試4)
圖6是表示了純材料和本發明實施方案的沉積有保護性物質的結構元件之間在系統水含有微粒包層(clad)或者離子的情況中的附著量的比率的圖。
通常，在包層的附著中，包層粒子中的ζ電勢對附著有影響。通常的金屬氧化物在酸性區域取正值，在中性區域周圍達到等電位點(O)，並且在鹼性區域取負值。確認測試4是在鹼性水條件下進行的，並因此包層提供了負電勢。保護性物質在鹼性區域也具有負電勢。結果，保護性物質與包層是靜電排斥的。因為由於保護性物質沉積在表面上，結構元件表面上的腐蝕電勢充當了氧擴散的屏障，因此也實現了使腐蝕電勢穩定的作用。
如圖6所述，離子的附著或者結晶明顯地受到元件表面氧濃度的影響。S卩，氧濃度通過離子和氧之間的反應以及通過腐蝕電勢的變化二者而對結晶影響。離子的附著或者結晶是通過抑制氧氣轉移到結構元件表面上這樣的作用而被降低的。
還已知的是結構元件表面的粗糙度影響包層附著性。此外，因為保護性物質的沉積填充了結構元件表面上的加工痕跡，因此該表面變得光滑。結果，可以抑制了包層的附著。
(效果確認測試5)
圖7是表示了純材料和本發明實施方案的沉積有保護性物質12的結構元件11之間在使用溫度為大約185°C的脫氣的水和未脫氣的水作為系統水的情況中的腐蝕量的比率的圖。
如圖7所示，本發明實施方案的沉積有保護性物質12的結構元件11在使用具有低溶解的氧氣濃度的脫氣的水的情況中沒有獲得強的腐蝕抑制作用。另一方面，它表明沉積有保護性物質12的結構元件11在具有高溶解的氧濃度的未脫氣的水的情況中提供了明顯的腐蝕抑制作用。
(效果)
從上面的效果確認測試1-5中可以理解，這些效果確認測試表明本發明實施方案的保護性物質在設備運行溫度、在使用未脫氣的水的系統中提供了明顯的腐蝕抑制作用。還表明本發明實施方案的保護性物質提供了明顯的腐蝕抑制作用，而不管系統水的水質量如何和不管系統水中包含的包層和離子如何。
因此，如上所述，通過在管道和系統裝置的結構元件表面上形成本發明實施方案的保護性物質的沉積，可以將未脫氣的水用作系統水。結果，可以省掉脫氣器和化學品注射
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根據本發明的實施方案的抑制腐蝕的方法和設備能夠實現設備尺寸的減小和裝置成本的降低，並且還能夠消除對於脫氣器控制、運行中溶解的氧氣的控制、和各種化學品濃度控制的需要，從而也能夠實現運行成本或者操作成本的明顯降低，
要注意的是雖然在本發明的實施方案中已經解釋了使用Ti02、Y203和La2O3作為保護性物質的實施例，但是通過使用不同於上文所述的那些的金屬元素同樣能夠獲得相同的運行效果。相同的運行效果也可以通過使用上述金屬元素的氫氧化物、碳酸鹽化合物、乙酸化合物或者草酸化合物作為保護性物質來獲得。此外，要注意的是雖然在本發明的實施方案中已經解釋了將本發明用於加壓水核動力設備的次級系統的實施例，但是本發明不限於此，並且可以用於其他設備例如快速反應器的次級系統和用於熱動力發生設備的一級系統。
附圖標記
I—核反應器，
2—蒸汽發生器，
3---聞壓潤輪，
4溼氣分離加熱器，
5低壓渦輪，
6冷凝器，
7低壓加熱器，
8高壓加熱器，
9高溫脫鹽裝置，
10高溫過濾器，
11結構元件，
12保護性沉積物。
權利要求
1.一種用於抑制設備中的腐蝕的方法，該設備包括具有蒸汽發生器、渦輪、冷凝器和加熱器的系統，並且將未脫氣的水在該系統中進行循環，其中將保護性物質沉積在該系統與未脫氣的水發生接觸的結構元件上。
2.根據權利要求
1的用於抑制設備中的腐蝕的方法，其中該系統是加壓水核動力設備的次級系統，並且該未脫氣的水是循環水，其既不進行通過脫氣器的脫氣處理，也不進行通過化學品注射裝置的化學品注射。
3.根據權利要求
1的用於抑制設備中的腐蝕的方法，其中該結構元件是鋼材料、非鋼材料、非鐵金屬或者焊接金屬。
4.根據權利要求
1的用於抑制設備中的腐蝕的方法，其中該保護性物質是選自下面的金屬元素的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽化合物、乙酸化合物或者草酸化合物T1、Y、La、Zr、 Fe、N1、Pd、U、W、Cr、Zn、Co、Mn、Cu、Ag、Al、Mg 和 Pb。
5.根據權利要求
4的用於抑制設備中的腐蝕的方法，其中該保護性物質是Ti02、Y203或 L&2O30
6.一種設備，其包括具有蒸汽發生器、渦輪、冷凝器和加熱器的系統，並且未脫氣的水在該系統中進行循環，其中該系統與該未脫氣的水發生接觸的結構元件沉積有保護性物質。
專利摘要
在一種設備中，包括具有蒸汽發生器2、渦輪3、5、冷凝器6和加熱器7的系統，並且將未脫氣的水在該系統中循環，所述系統與該未脫氣的水發生接觸的管道、蒸汽發生器2、加熱器7和8沉積有保護性物質。
文檔編號G21D1/00GKCN103026420SQ201180036521
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月26日
發明者岡村雅人, 柴崎理, 山本誠二, 平沢肇 申請人:株式會社東芝導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan