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中国核电用不锈钢及未来发展趋势及需求解析

文章来源东京1.5分彩    作者:    发布时间: 2019/10/05    浏览次数:

  奥氏体不锈钢常温和低温下有良好韧性、塑性、焊接性和抗腐蚀性,具有抵抗化学腐蚀和电化学腐蚀能力。核电站常用的不锈钢有304(0Cr18Ni9)、304L(00Cr19Ni10)、和316L(00Cr17Ni14Mo2)。

  3.4尽量选用316L不锈钢。含钼2%~4%的奥氏体型不锈钢具有良好的耐点蚀性能。使用含钼奥氏体型不锈钢可显著减少点蚀或晶间腐蚀。

  核电站的通风净化设备主要用于送、排风系统中,可根据不同使用工况安装不同类型的空气过滤单元。用于实现空气净化,特别适用于受污染或有害气体的送、排风系统,能有效地保护系统工作人员安全和周围环境的卫生。

  我国核电厂的通风净化装置多数是用奥氏体不锈钢制造的。奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能、较好的抗辐照性能。但核电站大多建在沿海地区,海水空气湿度大,盐分含量高,而氯离子是不锈钢腐蚀的主要诱因之一。为了保证核电厂通风净化系统的安全,提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性尤为重要。

  晶间腐蚀是金属腐蚀的一种常见的局部腐蚀,腐蚀从金属表面开始,沿着金属晶粒间的分界面向晶粒内部扩展,使晶粒间的结合力大大减弱。它是一种选择性腐蚀,沿晶界深入金属内部,这种腐蚀使金属在外表面上看不出任何迹象的情况下,却能使材料丧失其力学性能,甚至使材料完全失去强度,它是危害性很大的局部腐蚀形式之一。核电站通风净化设备在长时间运转过程中,氯离子积累到一定程度就会导致不锈钢壳体的晶间腐蚀。受到这种腐蚀的不锈钢,表面上不出任何腐蚀或是损坏,但不锈钢内部的晶界区已遭受破坏。腐蚀达到一定程度就会造成构件或设备的破坏,严重时会影响整个核电站的安全运转。

  核电国产化战略的不断深入推进,为我国装备制造业提供了重要的实践机会,其制造能力和技术水平得到大幅提升。红沿河、宁德、福清、方家山、昌江等一大批核电项目国产化率逐步提高,目前在建核电机组综合国产化率已达到80%左右。而我国自主三代核电技术华龙一号首堆的设备国产化率则可达到85%以上。

  3.2避免卤素离子集中。在通风系统的入风口设置干燥器或除雾器,尽可能地减少进入通风系统的氯离子的含量,从而降低附着在通风设备不锈钢表面氯离子的浓度,以减轻奥氏体不锈钢的腐蚀程度。

  在海洋环境下,海水空气湿度大,盐分含(下转第30页)(上接第35页)量高。空气中游离状态的氯离子成为不锈钢腐蚀的主要诱因之一。通过研究海洋环境对核电用奥氏体不锈钢腐蚀的影响,并对比奥氏体不锈钢材料性能,提出以下6种方法来提高所用不锈钢材料的抗腐蚀性。

  304不锈钢是一种通用性的不锈钢,它广泛用于制作要求良好综合性能(耐腐蚀和成型性)的设备和机件。304不锈钢具有优良的耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。

  304L不锈钢是含碳量比较低的304不锈钢的变种,用于需要焊接的场合。较低的含碳量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少,而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境产生晶间腐蚀。因此304L不锈钢的抗晶间腐蚀的能力优于304不锈钢。

  传感器(包括探测器、变送器)、电缆、电气贯穿件、机柜(包括机箱和机架)、控制台屏、显示仪表、应急柴油发电机组、蓄电池(组)、阀门驱动装置、电动机等。

  钢制安全壳、储罐、热交换器、泵、管道和管配件、波纹管、膨胀节、阀门、支撑件、闸门、机械贯穿件、法兰、铸锻件等。

  3.1 对不锈钢表面进行酸洗钝化。通过酸洗钝化使其表面覆盖极薄且致密的钝化膜,通过钝化膜把腐蚀介质隔离,形成奥氏体不锈钢的基本且主要的保护屏障。

  压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主管道、堆内构件、核岛容器类设备、核级泵类设备、核级阀门、常规阀门、通风系统、仪控设备、汽轮发电机组、凝结水泵、给水泵组、电缆、输变电设备、控制和仪表设备、通信系统等。

  点蚀是金属表面相对集中在一个很小部位的局部腐蚀。在真正的点蚀前,不锈钢表面的保护性氧化层中先形成直径几个微米的微型凹陷,这种微型凹陷的迅猛增加是造成不锈钢大规模腐蚀的原因。不锈钢经过表面的酸洗钝化后,形成CrO3或Cr2O3氧化膜,使得不锈钢发挥最大的耐腐蚀性,有效阻挡了腐蚀性介质的侵蚀和破坏。核电厂不锈钢设备发生腐蚀的情况一般是点蚀,发生点蚀的部位一般出现在缝隙、划伤表面等钝化膜被破坏的表面。若不锈钢表面潮湿且含有氯离子,则可以在局部形成强酸溶解钝化膜,破坏稳定的钝化状态,导致大面积的腐蚀。

  在“一带一路”上及其周边有60多个国家已经正在计划发展核电,到2030年新建机组将达到200多台。如果我国能获得“一带一路”沿线台海外市场机组。每出口一台核电机组,需要8万余台套设备,200余家企业参与制造和建设,单台机组投资约300亿元,相当于100万辆汽车、200架中型飞机的出口价值。考虑到天然铀、核燃料、运维、退役等全产业链的贡献,单台机组全寿期直接带动约1000亿元。30台机组将直接产生近1万亿产值,创造500万个就业机会,全寿期将产生约3万亿产值。

  其中,核电铸锻件未来四年年均需求有望达到86亿元;核电阀门占核电设备总投资的5.2%左右,到2020年新建核电站中阀门总投资累计将达到219亿元。核级仪控系统每年市场需求在45亿元以上。加工机床在每年100亿左右。未来四年核电主设备行业下游需求旺盛,行业年均销售额预计可达390亿元;核电阀门和核电HVAC设备下游需求有望倍增。

  中国拟在未来10年中兴建超过60座核电厂,其中,未来5年将建造约30座核反应堆(核反应炉),之后五年将兴建更多座。至2030年,中国一共要有110座核电站并网发电。

  3.3在通风系统中入口处设置钝化剂添加接口,向通风系统中添加低浓度的硝酸盐或铬酸盐,以抑制氯离子吸附在金属表面,防止氯化物离子吸附而早造成点蚀或晶间腐蚀。

  阳江核电站一期(中广核5、6号2台机组)、三门核电站(中核1、2号机组)、台山核电站一期(中广核2台机组)、海阳核电站(国电投2台机组)、田湾核电站二期(中核4、5、6号机组)、石岛湾核电站(华能集团)、辽宁红沿河核电站(中广核5、6号机组)、福清核电站(中核5、6号机组)、防城港核电站一期(中广核3、4号机组)、陆丰核电站(中广核6台机组)、鹏泽核电站(中电投4台机组)。

  到2020年, 中国核电设备市场至少有2400亿元,若按 80%的设备国产化率,国内核电设备市场大约为1920多亿元。一座 2*600MW 的压水堆核电站约有 290 个系统,分别归属核岛(NI)、 常规岛(CI)和电站辅助设施(BOP)。其中核岛市场大约1094亿元,常规岛市场710亿元。平均每年大约为384亿元,其中核岛219亿元,常规岛165亿元。核电设备制造盈利能力处于电站设备制造的最高水平,毛利率通常在40%至60%。

  从抗腐蚀性能上来说316L不锈钢304L不锈钢304不锈钢低碳不锈钢又优于同钢号的普通不锈钢。加Ti、Mo或固溶处理是预防不锈钢点蚀的主要方法。

  如在福清核电站由中国两大核电企业中国核工业集团公司和中国广核集团研发的先进百万千瓦级压水堆核电技术,全球首推示范工程核燃料元件华龙一号的示范工程中机、电、仪设备以及系统设备集成采购包累计涉及5300多家、8万多台套,如果将其分包厂家,原材料、部套件供应商也计算在内,全供应链上涉及7000多家分布在全国各地以及国外的供货厂家。

  不锈钢在一般的空气或淡水环境中发生腐蚀,表面会形成一层致密的氧化膜,使钢铁腐蚀过程受到抑制。海洋环境的空气氯离子含量较高,而氯离子很容易置换氧化膜中的氧破坏氧化膜,这就使在一定浓度的氯离子环境下很难建立稳定的钝态。而不锈钢中的钼,可降低氯离子对钝化膜的破坏。随着氯离子在设备上的积累,氯离子的浓度会越来越高,对不锈钢的腐蚀性会原来越大。

  未来中国三代核电站国产化程度较高,国内制造商将受益。华龙一号(第一批国产率为85%,大规模生产后国产率至少为90%)、CAP1400(国产率至少85%)以及AP1000(当前国产率为20~30%,在7~8 个机组后国产率有望达到85%)有望给国内领先制造商带来巨大市场。

  秦山核电站(中核6台机组)、广东大亚湾核电站(中广核2台机组)、岭澳核电站(中广核4台机组)、田湾核电站一期(中核3台机组)、辽宁红沿河核电站(中广核、国核4台机组)、宁德核电站(中广核1、2、3号机组)、阳江核电站(中广核1、2、3、4号机组)、福清核电站(中核6台机组)、方家山核电站(中核2台机组)、海南昌江核电站(中核2台机组)、广西防城港核电站(中广核6台机组)。

  中国国务院新闻办公室9月3日发布《中国的核安全》白皮书称,经过30多年的发展,中国核电实现自主设计、建造和运营,进入安全高效发展阶段。在全球率先建设运行百万千瓦级非能动先进压水堆和欧洲先进压水堆机组。截至2019年6月,中国运行核电机组47台,居世界第三,中国在建核电机组11台,居世界第一。

  316L不锈钢又称钛钢,添加Mo(2~3%),可以提高钝化膜的稳定性。316L不锈钢具有优秀的耐点蚀性和耐晶间腐蚀性,还具有良好的耐氯化物侵蚀的性能,在海洋环境或侵蚀性工业大气中的抗腐蚀能力大大地优于304不锈钢和304L不锈钢。

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