СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ КОРРОЗИИ В УСТАНОВКЕ И УСТАНОВКА, В КОТОРОЙ ИСПОЛЬЗОВАН УКАЗАННЫЙ СПОСОБ Российский патент 2014 года по МПК F22B37/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу подавления коррозии труб, устройств, механизмов и т.п., которые составляют установку и также относится к соответствующей установке.

Уровень техники

ТЭС и АЭС обычно снабжены системой, которая приводит в действие турбину паром, создаваемым парогенератором, и возвращает конденсат воды в парогенератор. Поскольку трубы и/или устройства такой системы могут быть повреждены коррозией в процессе эксплуатации, принимаются меры против такого повреждения для снижения коррозии.

Например, во втором контуре существующих АЭС с водо-водяными реакторами, принимаются такие контрмеры, как контроль подпиточной воды и химических веществ для очистки воды, для предотвращения проникновения загрязнений в систему для того, чтобы избежать проблем коррозии в парогенераторах и турбинах. Для того чтобы подавлять коррозию устройств и труб, которые образуют систему, используют контрмеры, направленные на получение восстановленной и восстановительной атмосферы регулированием pH с использованием регуляторов pH и введением гидразина. Кроме того, были предприняты различные другие контрмеры или использованы методики, такие как установка устройства обессоливания и его правильная эксплуатация для удаления примесей, попавших в систему, установка очистной системы и системы сбора конденсата парогенератора, и установка деаэратора для снижения содержания растворенного кислорода.

Деаэратор устанавливают для деаэрации оборотной воды и снижения переноса кислорода к парогенератору. Деаэратор служит для подавления увеличения потенциала коррозии конструкционных элементов за счет вклада кислорода. По мере увеличения концентрации кислорода, трещины, такие как трещины межкристаллитной коррозии и трещины коррозии под напряжением, возникают за счет увеличения потенциала.

Между тем элюирование ионов металлов из труб и т.п. является обычным явлением, которое происходит при высокой температуре горячей воды. Элюирование ионов металла вызывает эксплуатационные проблемы, относящиеся к коррозии конструкционных элементов, а также труб и других элементов и приводит к различным последствиям, таким как увеличение частоты обслуживания. Кроме того, элюированные ионы металлов осаждаются и кристаллизуются в виде оксида на участках системы с высокой температурой, таких как поверхности труб и парогенератор, что вызывает коррозионное растрескивание в связи с повышением потенциала. Поскольку адгезия оксида приводит к ухудшению теплопередачи, оксид периодически должен быть удален химической очисткой.

Таким образом, такие явления, как элюирование металла и коррозия могут постепенно накапливаться в течение длительного срока эксплуатации установки или запуска и может в какой-то момент стать причиной аварии без предварительных признаков. Для того чтобы предотвратить такие явления, вводят химические вещества, например, аммиак и гидразин для регулирования pH для осуществления деаэрации, чтобы уменьшить элюирование железа из системы в качестве контрмеры для предотвращения поступления железа в парогенератор.

В целях устранения концентрирования щелочи в соединительных частях, были сделаны различные предложения для контроля качества воды, например, регулирование концентрации хлорид-иона и регулирование концентрации растворенного кислорода.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

Патентный документ 1: JP 2010-96534

Патентный документ 2: JP 3492144

Раскрытие изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

Как описано выше, для обычных способов подавления коррозии не только требуются различные устройства, такие как деаэратор, и введение химических реагентов, и устройства регулирования для подавления коррозии, но также требуется проведение химического регулирования концентрации и строгого контроля химического состава воды. Следовательно, укрупняется оборудование и усложняется технологический контроль, что приводит к увеличению затрат на оборудование и эксплуатационных расходов установки.

Настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеуказанных обстоятельств и его целью является создание способа подавления коррозии в устройстве и устройства, в которых на конструкционные элементы системы, содержащей парогенератор и турбину, нанесено защитное вещество для достижения сокращения затрат на оборудование и эксплуатационные расходы.

Средства решения проблемы

Для решения вышеуказанной проблемы предшествующего уровня техники настоящее изобретение предлагает способ подавления коррозии во втором контуре установки с водо-водяным реактором, содержащей систему, снабженную парогенератором, турбиной, конденсатором и подогревателем, в которой недеаэрированная вода представляет собой оборотную воду, которая не обрабатывалась ни деаэратором, ни введением химического вещества устройством для введения химического вещества , в котором на конструкционный элемент, приходящий в контакт с недеаэрированной водой, наносят защитное вещество, которое представляет собой оксид, гидроксид, карбонат, соединение уксусной кислоты или щавелевой кислоты металлических элементов, выбранных из Ti, Y, La, Zr, Fe, Ni, Pd, U, W, Cr, Zn, Co, Mn, Cu, Ag, Al, Mg и Pb.

В предложенном способе конструкционный элемент может представлять собой стальной материал, материал, отличный от стального материала, цветной металл или металлический материал сварного шва, защитное вещество может представлять собой TiO₂, Y₂O₃ или La₂O₃.

Предложена также установка второго контура установки с водо-водяным реактором, содержащая систему, которая снабжена парогенератором, турбиной, конденсатором и подогревателем, в которой недеаэрированная вода представляет собой оборотную воду, которая не обрабатывалась ни деаэратором, ни введением химического вещества устройством для введения химического вещества, в которой на конструкционный элемент, приходящий в контакт с недеаэрированной водой, нанесено защитное вещество, которое представляет собой оксид, гидроксид, карбонат, соединение уксусной кислоты или щавелевой кислоты металлических элементов, выбранных из Ti, Y, La, Zr, Fe, Ni, Pd, U, W, Cr, Zn, Co, Mn, Cu, Ag, Al, Mg и Pb.

Конструкционный элемент может представлять собой стальной материал, материал, отличный от стального материала, цветной металл или металлический материал сварного шва, а защитное вещество представляет собой TiO₂, Y₂O₃ или La₂O₃.

Эффект изобретения

В способе подавления коррозии в установке и установке в соответствии с настоящим изобретением могут быть снижены затраты на оборудование и эксплуатационные расходы установки.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет схематический вид второго контура установки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 является принципиальной схемой, представляющей отложение, сформированное на конструкционном элементе в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 представляет график, показывающий отношение количества продуктов коррозии к чистому материалу, в результате испытания 1 для подтверждения эффекта в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 представляет график, показывающий отношение количества продуктов коррозии к чистому материалу, в результате испытания 2 для подтверждения эффекта в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 представляет график, показывающий отношение количества продуктов коррозии к чистому материалу, в результате испытания 3 для подтверждения эффекта в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6 представляет график, показывающий отношение количества продуктов налипания к чистому материалу, в результате 4 подтверждения испытания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.7 представляет график, показывающий отношение количества продуктов коррозии к чистому материалу, в результате испытания 5 для подтверждения эффекта в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Далее в настоящем документе осуществление настоящего изобретения будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Пример, в котором способ подавления коррозии настоящего изобретения, применяемый во втором контуре АЭС с водо-водяным реактором, будет объяснен со ссылкой на фиг.1-7.

Как показано на фиг.1, второй контур содержит ядерный реактор 1, парогенератор 2, турбину 3 высокого давления, влагоотделительный подогреватель 4, турбину 5 низкого давления, конденсатор 6, подогреватель 7 низкого давления, подогреватель 8 высокого давления, устройство 9 высокотемпературного обессоливания (оборудование для очистки) и высокотемпературный фильтр 10 (оборудование для очистки). Конденсатор 6 может включать конденсатор с устройством низкотемпературной очистки (устройство обессоливания + фильтр), установленный на выходе конденсатора 6.

Так как структура вышеуказанного второго контура не снабжена деаэратором во втором контуре традиционных АЭС с водо-водяным реактором, недеаэрированная вода циркулирует внутри второго контура. Недеаэрированная вода представляет собой оборотную воду, которая не подвергалась ни деаэрации обработкой деаэратором, ни введению химических веществ, таких как гидразин для удаления воздуха устройством для введения химического вещества.

В настоящем осуществлении поверхности труб и устройств, которые составляют системы, такие как парогенератор 2, подогреватель 7 низкого давления и подогреватель 8 высокого давления, т.е. поверхности конструкционных элементов, которые приходят в контакт с недеаэрированной водой, покрыты защитным веществом общеизвестными способами. Элемент конструкции может быть выполнен из одного или нескольких стальных материалов, материалов, отличных от стали, цветных металлов или металла сварного шва, соответствующих типу и положению устройств, механизмов или тому подобного.

Примеры защитных веществ включают оксиды, гидроксиды, карбонаты, соединения уксусной кислоты и щавелевой кислоты металлических элементов, выбранных из Ti, Y, La, Zr, Fe, Ni, Pd, U, W, Cr, Zn, Co, Mn, Cu, Ag, Al, Mg и Pb. Кроме того, хотя один тип защитного вещества может быть сформирован на трубах и различных устройствах, защитное вещество может быть сформировано в виде комбинации из двух или более типов.

Например, в настоящем осуществлении, как показано на фиг.2, на поверхность парогенератора 17 нанесено защитное вещество 18 на основе титана (например, оксид титана (TiO₂)), на поверхность трубы 13, нанесено защитное вещество 14 на основе иттрия (например, оксид иттрия (Y₃O₃)), и на поверхность подогревателя 15 нанесено защитное вещество 16 на основе лантана (например, оксид лантана (La₂O₃)). Фиг.2 представляет принципиальную схему, показывающую защитное вещество 12, которое нанесено на поверхность элемента конструкции 11.

В качестве способа нанесения защитного вещества 12 могут быть использованы различные общеизвестные способы, например нанесение распылением и нанесение и осаждение приведением в контакт жидкости, содержащей защитное вещество, с трубой и устройством. Кроме того, такое нанесение выполняется подходящим образом до начала функционирования установки или во время периодических осмотров в зависимости от уровня разрушения нанесенного вещества.

Режим работы и функции

Как описано выше, деаэратор, размещенный в обычном втором контуре, устанавливают для деаэрации оборотной воды в системе для снижения переноса кислорода в парогенератор. Деаэратор выполняет функцию подавления увеличения потенциала коррозии конструкционных элементов за счет кислорода.

Таким образом, если устройство или оборудование, такие как парогенератор, включая трубы, не будут повреждены коррозией без обработки деаэрацией оборотной воды в системе водоподготовки, отсутствует необходимость устанавливать сам деаэратор, что позволяет достичь сокращения оборудования и затрат на оборудование и пусковые или эксплуатационные расходы.

Авторы настоящего изобретения обратили внимание на этот момент и использовали вышеописанное основное содержание. В результате недавно было установлено, что деаэратор во втором контуре, который обычно необходим, может быть исключен.

Более определенно в настоящем осуществлении защитное вещество, которое нанесено на трубы и устройства второго контура, служит барьером для диффузии кислорода в оборотную воду, тем самым уменьшает количество кислорода, достигающего поверхности элемента конструкции. Это снижение исключает увеличение потенциала коррозии за счет кислорода и позволяет сохранить поверхность элемента конструкции под низким напряжением. В результате, становится возможным использовать недеаэрированную оборотную воду.

Далее проведенные испытания для подтверждения эффекта защитного вещества настоящего изобретения будут объяснены со ссылкой на фиг.3-7.

Испытание 1 для подтверждения эффекта

Фиг.3 представляет отношение содержания продуктов коррозии конструкционных элементов 11 настоящего осуществления с нанесенным защитным веществом 12 относительно элемента конструкции (чистый материал), без нанесенного защитного вещества.

В результате испытания, проведенного в нейтральной, недеаэрированной воде при 180°С, значительное снижение количества продуктов коррозии было подтверждено для всех конструкционных элементов 11 с нанесенными соответствующими защитными веществами 12 (TiO₂, Y₂O₃ и La₂O₃ в этом примере), как показано на фиг.3.

Испытание 2 для подтверждения эффекта

Фиг.4 представляет отношение количества продуктов коррозии между чистым материалом и конструкционными элементами 11 с нанесенными защитными веществами 12 настоящего осуществления в случае использования горячей воды с высокой температурой различного качества воды (нейтральная, кислая и щелочная).

Фиг.4 показывает, что коррозия, вызванная окислением, проходит в чистом материале, в то время как на конструкционных элементах 11 с нанесенными защитными веществами 12 настоящего осуществления, обеспечен эффект подавления коррозии независимо от качества воды.

Испытание 3 для подтверждения эффекта

Фиг.5 представляет отношение количества продуктов коррозии между чистым материалом и конструкционными элементами настоящего осуществления в случае различной температуры воды в системе.

Фиг.5 показывает, что коррозия, вызванная окислением, происходит в основном в чистом материале, в то время как в конструкционных элементах с нанесенными защитными веществами настоящего осуществления обеспечен эффект подавления коррозии замедлением диффузии кислорода. Кроме того, в области низких температур, так как коррозия не происходит, отношение массы продуктов коррозии к чистому материалу почти не меняется, в то время как при повышении температуры проходит реакция окисления, и количество продуктов коррозии увеличивается. Этот факт свидетельствует о том, что функция диффузионного барьера защитного вещества усиливается.

Таким образом, даже в условиях сохранения деаэрирования воды, эффект подавления коррозии защитными веществами становится заметным при более высокой температуре. Этот эффект проявляется с соответствующими веществами. Таким образом, установлено, что защитные вещества настоящего осуществления обладают существенным эффектом подавления коррозии при рабочих температурах установки.

Испытание 4 для подтверждения эффекта

Фиг.6 представляет отношение количества отложений между чистым материалом и конструкционными элементами с нанесенными защитными веществами настоящего осуществления в случае, когда оборотная вода содержит частицы футеровки или ионы.

В основном в адгезию частиц футеровки вносит вклад дзета-потенциал. Обычно потенциал оксида металла приобретает положительное значение в кислой области, достигает изоэлектрической точки (0) вблизи нейтральной области и приобретает отрицательное значение в щелочной области. Испытание 4 для подтверждения проводят в среде щелочной воды, и, следовательно, футеровка приобретает отрицательный потенциал. Защитные вещества также имеют отрицательный потенциал в щелочной области. В результате существует электростатическое отталкивание защитного вещества с футеровкой. Поскольку потенциал коррозии на поверхностях конструкционных элементов действует как диффузионный барьер для кислорода из-за нанесения на поверхности защитных веществ, реализуется стабилизирующее действие на потенциал коррозии.

[0036] Как показано на фиг.6, на адгезию или кристаллизацию ионов заметно влияет концентрации кислорода на поверхности элементов. То есть концентрация кислорода способствует как кристаллизации в результате реакции между ионом и кислородом, а также изменению потенциала коррозии. Адгезия или кристаллизации ионов снижается таким влиянием подавления переноса кислорода к поверхности конструкционного элемента.

Известно также, что шероховатость поверхности элемента конструкции влияет на адгезию футеровки. Кроме того, поскольку внесение защитных веществ заполняет следы обработки на поверхности конструкционного элемента, и, следовательно, поверхность становится гладкой. В результате адгезия оболочки может быть подавлена.

Испытание 5 для подтверждения эффекта

Фиг.7 представляет отношение количества продуктов коррозии между чистым материалом и конструкционными элементами 11 с нанесенными защитными веществами 12 настоящего осуществления в случае использования деаэрированной и недеаэрированной воды при температуре оборотной воды около 185°С.

Как показано на фиг.7, конструкционные элементы 11 с нанесенными защитными веществами 12 настоящего осуществления не обладают функцией сильного подавления коррозии в случае использования деаэрированной воды с низкой концентрацией растворенного кислорода. С другой стороны, показано, что конструкционные элементы 11 с нанесенными защитными веществами 12 обеспечивают значительный эффект подавления коррозии в случае недеаэрированной воды с высокой концентрацией растворенного кислорода.

Эффект

Как можно понять из вышеприведенных испытаний 1-5 для подтверждения эффекта, испытания для подтверждения эффекта показывают, что защитные вещества настоящего осуществления обеспечивают замечательный эффект подавления коррозии в системе с использованием недеаэрированной воды при рабочей температуре установки. Также отмечено, что защитные вещества настоящего осуществления обеспечивают замечательный эффект подавления коррозии в системе независимо от качества оборотной воды и независимо от присутствия частиц футеровки и ионов в оборотной воде.

Соответственно, как отмечалось выше, формированием слоя защитного вещества в соответствии с настоящим осуществлением на поверхности конструкционных элементов труб и системы устройств, недеаэрированная вода может быть использована в качестве оборотной воды. В результате, становится возможным отказаться от деаэратора и устройства ввода химических веществ или тому подобного. Способ подавления коррозии и устройство в соответствии с настоящим осуществлением могут обеспечить снижение габаритов устройства и снижение затрат на оборудование и также могут устранить необходимость контроля деаэратора, содержания растворенного кислорода и концентрации различных химических веществ при эксплуатации, так что может быть достигнуто существенное сокращение пусковых и эксплуатационных расходов.

Следует отметить, что хотя примеры использования TiO₂, Y₂O₃ и La₂O₃ в качестве защитного вещества были представлены в настоящем осуществлении, тот же технический результат может быть получен при использовании металлических элементов, отличных от вышеописанных. Тот же технический результат может быть получен с использованием гидроксида, карбоната, соединения уксусной кислоты или щавелевой кислоты вышеперечисленных металлических элементов в качестве защитного вещества.

Кроме того, следует отметить, что, хотя пример применения изобретения во втором контуре АЭС с водо-водяным реактором рассмотрен в настоящем осуществлении, настоящее изобретение им не ограничивается и применимо ко вторым контурам других установок, таких как реакторы на быстрых нейтронах и первичный контур тепловых электростанций.

Цифровые обозначения

1 - ядерный реактор, 2 - парогенератор, 3 - турбина высокого давления, 4 - влагоотделительный подогреватель, 5 - турбина низкого давления, 6 - конденсатор, 7 - подогреватель низкого давления, 8 - подогреватель высокого давления, 9 - высокотемпературное обессоливающее устройство, 10 - высокотемпературный фильтр, 11 - конструкционный элемент, 12 - защитный слой.

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в АЭС, во втором контуре с водо-водяным реактором. Предложены способ подавления коррозии во втором контуре установки с водо-водяным реактором, и система, снабженная парогенератором, турбиной, конденсатором и подогревателем, в которой недеаэрированная вода представляет собой оборотную воду, которая не обрабатывалась ни деаэратором, ни введением химического вещества устройством для введения химического вещества. На конструкционный элемент, приходящий в контакт с недеаэрированной водой, наносят защитное вещество, которое представляет собой оксид, гидроксид, карбонат, соединение уксусной кислоты или щавелевой кислоты металлических элементов, выбранных из Ti, Y, La, Zr, Fe, Ni, Pd, U, W, Cr, Zn, Co, Mn, Cu, Ag, Al, Mg и Pb. Изобретение позволит подавить коррозию и снизить затраты на оборудование и эксплуатационные расходы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ подавления коррозии во втором контуре установки с водо-водяным реактором, содержащей систему, снабженную парогенератором, турбиной, конденсатором и подогревателем, в которой недеаэрированная вода представляет собой оборотную воду, которая не обрабатывалась ни деаэратором, ни введением химического вещества устройством для введения химического вещества , в котором на конструкционный элемент, приходящий в контакт с недеаэрированной водой, наносят защитное вещество, которое представляет собой оксид, гидроксид, карбонат, соединение уксусной кислоты или щавелевой кислоты металлических элементов, выбранных из Ti, Y, La, Zr, Fe, Ni, Pd, U, W, Cr, Zn, Co, Mn, Cu, Ag, Al, Mg и Pb.

2. Способ подавления коррозии по п.1, в котором конструкционный элемент представляет собой стальной материал, материал, отличный от стального материала, цветной металл или металлический материал сварного шва.

3. Способ подавления коррозии по п.1, в котором защитное вещество представляет собой TiO₂, Y₂O₃, или La₂O₃.

4. Установка второго контура установки с водо-водяным реактором, содержащая систему, которая снабжена парогенератором, турбиной, конденсатором и подогревателем, в которой недеаэрированная вода представляет собой оборотную воду, которая не обрабатывалась ни деаэратором, ни введением химического вещества устройством для введения химического вещества, в которой на конструкционный элемент, приходящий в контакт с недеаэрированной водой, нанесено защитное вещество, которое представляет собой оксид, гидроксид, карбонат, соединение уксусной кислоты или щавелевой кислоты металлических элементов, выбранных из Ti, Y, La, Zr, Fe, Ni, Pd, U, W, Cr, Zn, Co, Mn, Cu, Ag, Al, Mg и Pb.

5. Установка по п.4, в которой конструкционный элемент представляет собой стальной материал, материал, отличный от стального материала, цветной металл или металлический материал сварного шва.

6. Установка по п.,4 в которой защитное вещество представляет собой TiO₂, Y₂O₃, или La₂O₃.