（中广核工程有限公司 广东深圳 518124）
摘要：本文针对某核电项目重要厂用水泵在现场发现的骑缝螺钉严重锈蚀问题，通过理论分析和工程实践，找到了螺钉锈蚀的根本原因，并提出了此类螺钉的改进和优化方案，为重要厂用水泵的设计和运行提供了一定的参考和借鉴。
关键字：重要厂用水泵；螺钉；腐蚀；原因；分析
引言
核电厂中重要厂用系统是完全与质量和核安全相关的系统，无论在电站正常运行工况或事故运行工况下，该系统都将导出设备冷却水系统所传输的热量，重要厂用水泵为重要厂用水系统提供驱动力，所输送的介质为海水，海水对金属具有强烈的腐蚀性，因此必须选择具有高的抗侵蚀和腐蚀能力的材料，同时还应考虑在腐蚀作用下，材料之间的配对问题，以避免腐蚀加剧的情况。
2012年8月，某核电现场在对一台重要厂用水泵解体检查过程中发现叶轮螺钉头部存在严重的腐蚀。后续对同机组其余3台泵也解体检查，发现叶轮螺钉头部腐蚀程度不尽相同，同时发现泵体密封环、泵盖密封环位置的骑缝螺钉也存在严重的腐蚀。
1 重要厂用水泵的结构
重要厂用水泵为核安全三级，制造等级为RCCM-3，正常工况下的性能参数及运行特性见表1。
重要厂用水泵为单级、单吸立式离心泵，由泵本体、电机、联轴器、电机支架、预埋件等组成。泵的吸入口垂直向下，吐出口水平伸出。泵与电机分别安装在基础上，泵与电机采用膜片联轴器连接，泵轴密封采用填料密封，轴承采用滚动轴承，油脂润滑。泵的轴向力由推力轴承承受。
2 螺钉腐蚀情况
该供应商其他海水用泵中的骑缝螺钉选择的材料为马氏体不锈钢（1Cr13），运转期间良好，因奥氏体不锈钢耐腐蚀性能好于马氏体不锈钢，因此重要厂用水泵的骑缝螺钉选用了1Cr18Ni9Ti[1]（奥氏体耐腐蚀不锈钢第一组别制造），与之配对的密封环为双相不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb。2012年8月，某核电现场在对一台重要厂用水泵解体检查过程中发现叶轮螺钉头部存在严重的腐蚀。后续对同台机组其余3台泵也解体检查，发现叶轮螺钉头部均存在不同程度的腐蚀。随后，泵体密封环、泵盖密封环位置的骑缝螺钉（也存在严重的腐蚀。其中泵体上8个骑缝螺钉（M8X20）已被腐蚀2/3，泵体内只残留大约7mm长；泵盖上的6个骑缝螺钉（M8X20）已被腐蚀1/3，大约有15mm长度残留在泵盖内。
3 腐蚀原因分析
3.1 电化学腐蚀
电化学腐蚀通常也称为电偶腐蚀，是由于腐蚀电位不同，造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀，亦称接触腐蚀。期间，两种金属构成宏电池，产生电偶电流，使电位较低的金属（阳极）溶解速度加快，电位较高的金属则成为阴极反应面。腐蚀速度是由腐蚀电极电位之差和两个反应面的比率决定。当腐蚀电极电位差别较大，同时阳极面积很小，而阴极面积很大时，则会加重电化学腐蚀。
重要厂用水泵骑缝螺钉材料为1Cr18Ni9Ti，在海水中的稳态腐蚀电位为-0.13V，电位较低；而泵体、泵盖、叶轮均为双相钢，双相钢在海水中的稳态腐蚀电位为+0.4V~+0.42V[2]，电位较高，1Cr18Ni9Ti与双相钢的稳定电位相差0.5V左右，不锈钢在海水中的稳定电位的正负相序与他们的耐腐蚀性顺序一致。稳定电位较正的不锈钢，其耐蚀性较好；稳定电位较负的不锈钢，其耐蚀性较差[3]。因此骑缝螺钉作为产生电偶腐蚀的阳极，从而使腐蚀速度加快。
3.2 化学腐蚀
一般海水化学腐蚀有三种，全面腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀。
全面腐蚀（又称均匀腐蚀）是指在整个合金材料表面上以比较均匀的方式所发生的腐蚀现场。点腐蚀指腐蚀仅仅集中在设备的某些特定点域，并在这些点域形成向深处发展的腐蚀小坑，而金属的大部分表面仍然保持钝性的腐蚀现场。缝隙腐蚀指在电介质溶液中（特别是含有卤素离子的介质），在金属与金属或非金属表面之间狭窄的缝隙内，由于溶液移动受到阻滞，在缝隙内溶液中氧耗竭后，氯离子即从缝隙外向缝隙内迁移，又由于金属氯化物的水解自催化酸化过程，导致钝化膜破裂，因而产生与自催化腐蚀相类似的局部腐蚀。
根据分析，1Cr18Ni9Ti在海水环境中全面腐蚀速度很低，具有较好的全面腐蚀性能，但点蚀和缝隙腐蚀较为严重。海生物的附着能引起局部腐蚀，这种腐蚀多发生在死亡海生物附着下或发生在与设备表面缝隙处的海生物附着下。
如果现场海水中含有较多的海生物，且通过泵Φ3mm网孔的介质中含有海生物残骸的情况下，导致海生物残骸在附着在骑缝螺钉处，同时海水还经过1ppm的氯连续处理，海水中还有氯离子，则重要厂用水泵骑缝螺钉有可能会发生缝隙腐蚀，但由于重要厂用水泵安装时间不超过一年，化学腐蚀应该不是主要原因。
综上所述，重要厂用水泵骑缝螺钉的腐蚀原因主要为电化学腐蚀，化学为次要作用。
3.3 改进方案
根据上述原因分析，骑缝螺钉的锈蚀主要是由于螺钉材料耐蚀性较差，同时与泵体、泵盖和叶轮存在较大的电位差，发生电化学腐蚀而引起的。据此，将所有与海水接触的螺钉材料都改为了耐蚀性好，且与过流部件为同种材料的双相不锈钢00Cr25Ni7Mo2N。
结论：
本文针对核电厂重要厂用水泵螺钉锈蚀的典型问题，对其根本原因进行详细分析后认为，1Cr18Ni9Ti材料虽然在海水用泵中有一定的实际应用，但在选材时应充分考虑环境以及电化学腐蚀的影响。对于核电重要厂用水泵，因过流部件均为双相不锈钢，建议将与海水接触的螺钉材料均改为双相不锈钢，与过流部件为同种材料，彻底消除电偶腐蚀问题。本案例经此改进，解决了重要厂用水泵骑缝螺钉的锈蚀问题，设备运行状态良好，充分证明此改进和优化是合理和正确的。
参考文献
[1] GB/T3098.6-1986
[2] 黄桂桥，金属在海水中的腐蚀电位研究，腐蚀与防护，2000年，第21卷第1期
[3] 朱相荣，等. 金属材料的海洋腐蚀与防护[M]. 北京：国防工业出版社，1999
[4] 黄桂桥，等. 中国腐蚀与防护学报，2000年，第20卷第1期
论文作者:黄冲,王建军
论文发表刊物:《电力设备》2016年第6期
论文发表时间:2016/6/20
标签：螺钉论文; 骑缝论文; 用水论文; 电位论文; 海水论文; 缝隙论文; 不锈钢论文; 《电力设备》2016年第6期论文;