具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)生器管板及其制備方法，所述蒸汽發(fā)生器管板支撐蒸汽發(fā)生器的傳熱管。特別涉及一種具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板及其制備方法。具體地，具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板包括：蒸汽發(fā)生器管板，其支撐汽化器的傳熱管；及耐腐蝕性金屬，其鍍附在一次側管板表面和二次側管板表面上。此外，具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法包括以下步驟：用耐腐蝕性金屬鍍附一次側管板表面和二次側管板表面；對上述鍍附的管板進行熱處理；以及鉆孔，在所述進行過熱處理的管板上形成傳熱管安裝孔；從而抑制一次側管板表面和二次側管板表面的腐蝕，并防止傳熱管的凹陷及應力腐蝕裂痕，從而提高蒸汽發(fā)生器的可靠性。
【專利說明】具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板及其制備方法，其用于防止核電站蒸汽發(fā)生器管板的腐蝕及傳熱管的凹陷(denting)。
【背景技術】
[0002]原子能發(fā)電利用的是核反應堆壓力容器內(nèi)核燃料的核裂變反應所產(chǎn)生的熱。在核裂變中產(chǎn)生的熱量被傳遞到在燃料組件和汽化器之間循環(huán)的第一次側(primary side)上。一次側變熱的水在蒸汽發(fā)生器中向第二次側傳遞熱量，由此生成的蒸汽將轉動渦輪發(fā)電機。經(jīng)過渦輪的二次側(secondary side)在冷凝器中溫度降低，再次進入到蒸汽發(fā)生器中。
[0003]此時，將一次側中流動的冷卻水-在核反應堆和蒸汽發(fā)生器之間循環(huán)的水稱為一次側冷卻水，將二次側中流動的冷卻水稱為二次側冷卻水。
[0004]在核電站運轉的蒸汽發(fā)生器所具備的管板(tube sheet) 100為一種支撐板，其用于將傳熱管200 (tube)進行擴管并進行固定，所述管板的材質(zhì)為低合金鋼。一次側冷卻水在上述傳熱管200的內(nèi)部流動，二次側冷卻水在傳熱管200的外部流動。
[0005]參照圖1，與二次側冷卻水接觸的二次側管板表面，由于腐蝕反應被氧化成磁石(magnetite)，使體積膨脹。在該過程中相鄰的絕熱管200的外面向內(nèi)徑方向擠壓，使形狀產(chǎn)生改變。將這種現(xiàn)象稱為凹陷。如果發(fā)生凹陷，傳熱管200將被附加應力，從而使傳熱管200容易產(chǎn)生應力腐蝕裂痕。
[0006]在傳熱管200上產(chǎn)生裂痕的情況下，會使在傳熱管200內(nèi)部流動的一次側冷卻水向傳熱管200外部泄漏。一次側冷卻水將包含從接觸冷卻水的材料表面熔解析出的鈷、鎳、鐵等金屬離子及金屬氧化物，這些金屬離子和金屬氧化物在核反應堆內(nèi)部進行放射化而帶有放射能。由此，將產(chǎn)生如下嚴重的問題，即，帶有放射能的一次側冷卻水向傳熱管200的外部泄漏，并隨二次側冷卻水排放到蒸汽發(fā)生器的外部。
[0007]為了抑制這種現(xiàn)有的凹陷現(xiàn)象，一直所采用的方法有將二次側冷卻水質(zhì)維持在中性的水化學方案和對蓄積在管板上部的沉淀物40進行去除的氣割(lancing)及化學清洗方法，但仍然存在凹陷現(xiàn)象。
[0008]此外，在韓國專利公開公報2005-0007950中公開有一種防止蒸汽發(fā)生器管板100腐蝕的方法，即，公開有一種用耐腐蝕性強的材料帶(strip)，對管板100進行加固焊接的結構。但是，上述加固焊接是在形成傳熱管安裝孔30后形成，在鍍附焊接之后再次形成傳熱管安裝孔30。而且，上述加固焊接形成至管板100內(nèi)部。
[0009]現(xiàn)有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]韓國專利公開公報2005-0007950
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]要解決的技術問題
[0013]本發(fā)明的目的在于，通過用耐腐蝕性金屬對核電站蒸汽發(fā)生器管板的一次側管板表面和二次側管板表面進行鍍附，從而防止腐蝕導致的傳熱管凹陷。
[0014]此外，本發(fā)明的另一目的在于，在對管板表面進行鍍附后，用適當?shù)臏囟冗M行熱處理，從而去除焊接導致的殘留應力，以此來提高鍍附層的可靠性。
[0015]此外，本發(fā)明的又一目的在于，在形成傳熱管安裝孔的鉆孔步驟之后或之前，對二次側管板表面進行研磨，從而將沉淀物的附著降低到最小限度。
[0016]此外，本發(fā)明的再一目的在于，用耐腐蝕性金屬對一次側管板表面和二次側管板表面進行鍍附后，一次性地形成傳熱管安裝孔，從而提高安裝孔的推進度及加工尺寸的精度，并節(jié)省制備時間及制備費用。
[0017]技術方案
[0018]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板，所述蒸汽發(fā)生器管板包括:蒸汽發(fā)生器管板，其支撐蒸汽發(fā)生器的傳熱管；耐腐蝕性金屬，其鍍附在一次側管板表面和二次側管板表面上。
[0019]此外，本發(fā)明提供一種具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法，所述具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板支撐傳熱管，所述制備方法的特征為，其包括以下步驟:用耐腐蝕性金屬鍍附(cladding) —次側管板表面和二次側管板表面；對上述鍍附的蒸汽發(fā)生器管板進行熱處理；以及鉆孔，在上述進行熱處理過的蒸汽發(fā)生器管板上形成傳熱管安裝孔。
[0020]有益效果
[0021]本發(fā)明不僅用耐腐蝕性金屬對一次側管板進行鍍附，而且還對二次側管板表面進行鍍附，從而抑制二次側管板表面的腐蝕及防止傳熱管的應力腐蝕裂痕，因此使蒸汽發(fā)生器的可靠性得到提高。
[0022]此外，本發(fā)明在鍍附步驟之后，進一步包括對管板進行熱處理的步驟，因此可以使鍍附加工導致的加工變形最小化。
[0023]此外，本發(fā)明在鉆孔之前或之后，進一步包括研磨管板的步驟，因此可以將沉淀物的附著降低到最小限度。
[0024]此外，本發(fā)明在鍍附步驟之后，用一次性鉆孔步驟來形成傳熱管安裝孔，因此在提高傳熱管安裝孔的推進度的同時，減小傳熱管安裝孔的加工尺寸的公差，顯著地節(jié)省制備時間和費用。
[0025]此外，本發(fā)明用耐腐蝕性金屬對非管板內(nèi)部的一次側管板表面和二次側管板表面進行鍍附，因此節(jié)約制備時間，使制備工序變得容易。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為采用現(xiàn)有技術制備的蒸汽發(fā)生器管板上安裝有傳熱管的截面圖。
[0027]圖2是本發(fā)明蒸汽發(fā)生器管板的制備方法的概念圖。
[0028]圖3是由本發(fā)明的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法制備的蒸汽交換器管板的平面圖。
[0029]圖4是安裝有傳熱管的蒸汽發(fā)生器管板沿圖2的A-A’線切開的截面圖。
[0030]圖5是在試驗溶液的pH為2的情況下，對合金690和SA508C1.3的電化學腐蝕速度進行比較的圖表。[0031]圖6是在試驗溶液的pH為7的情況下，對合金690和SA508C1.3的電化學腐蝕速度進行比較的圖表。
[0032]圖7是在試驗溶液的pH為12的情況下，對合金690和SA508C1.3的電化學腐蝕速度進行比較的圖表。
[0033]圖8是表示在315°C下的2M NaOH溶液中，合金690和SA508的電化學腐蝕速率的圖表。
[0034]圖9是表示在300°C下的0.1M NiC12溶液中，合金690和SA508的電化學腐蝕速
率的圖表。
[0035]附圖標記說明
[0036]100:蒸汽交換器管板
[0037]11: 一次側管板
[0038]12: 二次側管板
[0039]20:耐腐蝕性金屬
[0040]30:傳熱管安裝孔
[0041]40:沉淀物
[0042]200:傳熱管
[0043]D:鍍附在二次側管板上的耐腐蝕性金屬的厚度
[0044]H:傳熱管擴管部縫隙深度
【具體實施方式】
[0045]下面，參照附圖對本發(fā)明的結構及作用進行詳細地說明。
[0046]本發(fā)明為具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板100，其包括:蒸汽發(fā)生器管板100，其支撐蒸汽發(fā)生器的傳熱管200 ;耐腐蝕性金屬20，其鍍附在一次側管板表面11及二次側管板表面12上。上述耐腐蝕性金屬20的材料為腐蝕速度低于上述蒸汽發(fā)生器管板100的腐蝕速度的金屬或合金，優(yōu)選包括不銹鋼(STS )、合金600、合金690中的至少一種。
[0047]參照圖2，所述蒸汽發(fā)生器管板100的制備方法如下所述，所述蒸汽發(fā)生器管板100支撐蒸汽發(fā)生器的傳熱管200。本發(fā)明的具有防腐層的汽化器的管板100的方法包括以下步驟:提供一定厚度的蒸汽發(fā)生器管板100 ;用耐腐蝕性金屬20鍍附一次側管板表面11和二次側管板表面12 ;對上述鍍附的蒸汽發(fā)生器管板100進行熱處理；鉆孔，在上述進行熱處理過的蒸汽發(fā)生器管板100上形成傳熱管安裝孔30。
[0048]本發(fā)明的具有防腐層的蒸汽蒸汽發(fā)生器管板100的制備方法通過如下步驟制備，即，準備一定厚度的蒸汽發(fā)生器管板100，在上述蒸汽發(fā)生器管板100的一次側管板表面11和二次側管板表面12上鍍附具有一定厚度的耐腐蝕性金屬20。蒸汽發(fā)生器管板100存在以下問題。與一次側冷卻水及二次側冷卻水相遇的部位容易被氧化而腐蝕，從而產(chǎn)生凹陷。由此，導致傳熱管破裂，使得帶有放射性的一次側冷卻水向傳熱管200的外部流出，并隨二次側冷卻水向汽化器的外部釋放，從而導致嚴重的問題。因此，用耐腐蝕性金屬20對一次側冷卻水和二次側冷卻水相遇的蒸汽發(fā)生器管板100的表面進行鍍附，可以防止蒸汽發(fā)生器管板100的腐蝕。
[0049]現(xiàn)有技術(韓國專利公開公報2005-0007950)公開了一種對管板內(nèi)部也進行加固焊接的結構。而本發(fā)明采用只對一次側管板表面11和二次側管板表面12用耐腐蝕性金屬進行鍍附的結構，因此，與現(xiàn)有技術相比，具有縮短制備時間、制備步驟簡易的優(yōu)點。
[0050]構成上述耐腐蝕性金屬20的材質(zhì)為腐蝕速度低于蒸汽發(fā)生器管板的腐蝕速度的金屬或合金，優(yōu)選可以包括不銹鋼(STS)、合金600、合金690中的至少任意一種。
[0051]但是，在上述鍍附過程中，在應力下的鍍附層中或鍍附層和管板界面上產(chǎn)生內(nèi)部裂痕，這會成為降低管板100壽命的原因，因此，本發(fā)明的蒸汽發(fā)生器管板100的制備方法進一步包括對鍍附的蒸汽發(fā)生器管板100進行熱處理的步驟，從而可以提高管板的韌性(toughness)及耐腐蝕性。此時，熱處理操作可以使用火焰、電阻熱處理、高頻熱處理及激光熱處理。
[0052]上述熱處理步驟優(yōu)選在600°C?820°C的溫度下，實施10?60分鐘。在上述熱處理溫度小于600°C的情況下，不能充分地去除鍍附部位的殘留應力，在超過820°C的情況下，抗拉強度及硬度減小，會形成不當?shù)某恋砦铩?br> [0053]上述熱處理步驟可以對蒸汽發(fā)生器管板100的整體進行熱處理，也可以對作為應力集中部位的經(jīng)過鍍附的一次側管板表面11及二次側管板表面12進行局部熱處理，或者只對二次側管板表面12進行局部地熱處理，從而可以節(jié)約制備費用。通過對鍍附的蒸汽發(fā)生器管板100進行熱處理，可以去除隨鍍附步驟產(chǎn)生的殘留應力。由此，應力集中的一次側管板表面11和二次側管板表面12的韌性及耐腐蝕性得到提高，從而可以制得使用壽命得到提聞的管板100。
[0054]在完成蒸汽發(fā)生器管板100上的熱處理步驟后，對實施了鍍附步驟及熱處理步驟的蒸汽發(fā)生器管板100實施鉆孔步驟，所述鉆孔步驟是在蒸汽發(fā)生器管板100上形成傳熱管安裝孔30。參照圖2和圖4，上述鉆孔步驟對管板100進行通孔，以使一次側冷卻水能夠流入傳熱管200內(nèi)部。上述鉆孔步驟雖然可以用手動實施，但優(yōu)選將傳熱管安裝孔30的直徑及間距等輸入到預先設定的程序中，再根據(jù)所設定的輸入值，使未圖示的鉆孔機運轉，從而完成鉆孔步驟。
[0055]上述鉆孔步驟在經(jīng)過鍍附步驟及熱處理步驟之后進行，用一次鉆孔步驟代替兩次鉆孔步驟，因此與現(xiàn)有技術(韓國專利公開公報2005-0007950)相比，傳熱管安裝孔30的推進度得到提高，能夠縮小孔的尺寸公差。而且，能夠顯著地減少制備時間及費用。
[0056]如圖4所示，傳熱管安裝孔30大于傳熱管200的直徑，使傳熱管200能夠容易地插入到傳熱管安裝孔30中。傳熱管200插入到傳熱管安裝孔30中之后，在傳熱管200的下部施加壓力，使傳熱管200的下部擴管，從而安裝到管板100中。此時，鍍附在二次側管板上的耐腐蝕性金屬的厚度D與傳熱管擴管部的縫隙深度H相等或大于傳熱管擴管部的縫隙深度H，從而防止在傳熱管擴管部縫隙內(nèi)部中由于雜質(zhì)濃縮而導致的加速腐蝕現(xiàn)象。通常傳熱管擴管部縫隙的深度為6.35mm，鍍附在二次側管板上的耐腐蝕性金屬的厚度D優(yōu)選形成為7mm?20mmo
[0057]此外，在上述鉆孔步驟之后，進一步包括對形成有傳熱管安裝孔30的二次側管板表面12進行研磨的研磨步驟，從而使二次側管板表面12變得平坦。通過在上述鉆孔步驟之后進行上述研磨步驟，使二次側管板表面12變得均勻，并提高粗糙度(roughness)，從而能夠防止傳熱管200受到損傷，防止在二次側管板表面12上附著沉淀物40。
[0058]更優(yōu)選地，在上述熱處理步驟和上述鉆孔步驟之間，可以進一步包括對將要形成所述傳熱管安裝孔30的二次側管板表面12進行研磨的步驟。通過在上述鉆孔步驟之前研磨二次側管板表面12，提高二次側管板表面12的粗糙度，從而使沉淀物40的附著最小化，具有容易鍍附的優(yōu)點。
[0059]實施例
[0060]圖5?圖7是將用于鍍附的耐腐蝕性金屬20之一的合金690和作為現(xiàn)有管板100材料的SA508C1.3為對象，對它們隨pH變化的電化學腐蝕速度進行測定，并對試驗結果進行比較的結果。圖5是在試驗溶液的pH為2的情況下，對合金690和SA508C1.3的電化學腐蝕速度進行測定，并進行比較的結果；圖6是在試驗溶液的pH為7的情況下，對合金690和SA508C1.3的電化學腐蝕速度進行測定，并進行比較的結果；圖7是在試驗溶液的pH為12的情況下，對合金690和SA508C1.3的電化學腐蝕速度進行測定并進行比較的結果。
[0061]參照圖5可知，在試驗溶液的pH為2的情況下，合金690的電化學腐蝕速度與作為現(xiàn)有的管板100的材料的SA508C1.3相比，減少至1/145。參照圖6可知，在試驗溶液的pH為7的情況下，合金690的電化學腐蝕速度與作為現(xiàn)有的管板100的材料的SA508C1.3相比，減少至1/18，參照圖7，在試驗溶液的pH為14的情況下，合金690的電化學腐蝕速度與作為現(xiàn)有蒸汽發(fā)生器管板100的材料的SA508C1.3相比，減少至1/16。
[0062]而且，在酸性、中性、堿性的所有范圍內(nèi)，合金690材料的腐蝕電位高，陰極極化曲線與SA508C1.3的陽極極化曲線交叉出現(xiàn)。由此可知，現(xiàn)有的管板100的材料在傳熱管的擴管部與作為傳熱管200的材料的合金690接觸，引起由原電池效應導致的腐蝕加速。
[0063]如圖8所示，現(xiàn)有的SA508管板材料在與溶液和磁石接觸的條件下表現(xiàn)出重量減小，而合金690鍍附材料卻顯示出微弱的重量增加。只暴露在溶液中的SA508的腐蝕速度為0.0070lmg/cm2h, 二合金690鍍附材料的腐蝕速度卻顯不為0.00024mg/cm2h的低值。在位于磁石內(nèi)部的條件下，SA508的腐蝕速度為0.01914mg/cm2h,而合金690鍍附材料卻減小為0.00033mg/cm2h,值很低。由此可知,通過鍍附合金690,使管板的抗腐蝕性提高約30?60倍。
[0064]如圖9所示，在與溶液和磁石接觸的條件下，兩種試驗材料重量均減輕。只暴露在溶液中的現(xiàn)有管板基底金屬SA508的腐蝕速度為0.87330mg/cm2h，而合金690鍍附材料的腐蝕速度卻顯示為0.00163mg/cm2h的低值。在位于磁石內(nèi)部的條件下，SA508的腐蝕速度為2.06200mg/cm2h,而合金690鍍附材料卻急劇減小到0.00303mg/cm2h。S卩，通過合金690鍍附，管板的抗腐蝕性顯著提高約540?680倍。
[0065]由此，可以證明本發(fā)明的覆蓋有磁石的管板即使在300?315°C的苛刻的堿性環(huán)境及酸性環(huán)境下，也能夠非常有效地防止凹陷。
[0066]本發(fā)明不限定于上述特定的優(yōu)選實施例和變形例中，在不脫離本權利要求書中所要求保護的本發(fā)明的要點的情況下，本領域技術人員可以實施多種設計變形是顯然的。并且與其相同的變形包含在權利要求書所述的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板，其特征在于，其包括:蒸汽發(fā)生器管板(100)，其支撐蒸汽發(fā)生器的傳熱管(200);耐腐蝕性金屬(20)，其鍍附在一次側管板表面(11)和二次側管板表面(12)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板，其特征在于，所述耐腐蝕性金屬(20)為腐蝕速度低于所述蒸汽發(fā)生器管板(100)的腐蝕速度的金屬或合金。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板，其特征在于，所述腐蝕性金屬(20)包括不銹鋼(STS)、合金600、合金690中的至少一種。
4.根據(jù)權利要求1?3中任一項所述的具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板，其特征在于，所述耐腐蝕性金屬(20)的厚度(D)大于或等于傳熱管擴管部的縫隙深度(H)。
5.一種具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法，所述具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板支撐傳熱管200，所述制備方法的特征在于， 其包括以下步驟:用耐腐蝕性金屬(20)鍍附(cladding) —次側管板表面(11)和二次側管板表面(12);對所述鍍附的蒸汽發(fā)生器管板(100)進行熱處理；以及鉆孔，在所述進行過熱處理的蒸汽發(fā)生器管板(100)上形成傳熱管安裝孔(30)。
6.根據(jù)權利要求5所述的具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法，其特征在于，在所述鉆孔步驟之前，進一步包括對將要形成所述傳熱管安裝孔(30)的二次側管板表面(12)進行研磨的步驟。
7.根據(jù)權利要求5所述的具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法，其特征在于，在所述鉆孔步驟之后，進一步包括對形成有所述傳熱管安裝孔(30)的二次側管板表面(12)進行研磨的步驟。
8.根據(jù)權利要求5所述的具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法，其特征在于，所述耐腐蝕性金屬(20)為腐蝕速度低于所述蒸汽發(fā)生器管板(100)的腐蝕速度的金屬或合金。
9.根據(jù)權利要求5所述的具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法，其特征在于，所述耐腐蝕性金屬(20)包括不銹鋼(STS)、合金600、合金690中的至少一種。
10.根據(jù)權利要求5所述的具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法，其特征在于，所述耐腐蝕性金屬(20)的厚度(D)大于或等于傳熱管擴管部的縫隙深度(H)。
11.根據(jù)權利要求5所述的具有防腐層的蒸汽發(fā)生器管板的制備方法，其特征在于，所述熱處理步驟是在600°C?820°C的溫度下，對鍍附的所述二次側管板表面(12)進行10?60分鐘的熱處理。
【文檔編號】F22B37/00GK103629655SQ201310215159
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權日:2012年8月20日
【發(fā)明者】許度行, 崔明植, 李德鉉, 金京模, 韓正浩 申請人:韓國水力原子力, 韓國原子力研究院