文献综述(或调研报告):
1.背景
在相当长的时间里,我国以燃煤为基础的一次能源结构是难以改变的。对燃煤电厂运行中出现的问题进行分析,提高机组安全经济运行水平,在如今来说依然意义重大。近年来,我国超超临界机组发展迅速,但同时一些共性问题也逐渐显露,如水汽清洁度较差、阀孔堵塞、结垢、锅炉压差上升快、汽轮机高压缸沉积、高压水泄露、甚至管材断裂等。对这些问题追根求源,发现其缘由均与机组给水和疏水系统存在的流动加速腐蚀(FAC, Flow Accelerated Corrosion)现象有关[1]。
流动加速腐蚀现象是指在流动条件下,流体加速管道表面的氧化膜溶解在流动的液态水或湿蒸汽中的过程[2]。随着管壁表面的氧化膜减薄,金属基体逐渐暴露于介质中,情况严重时会导致管道破裂,是火电厂和核电厂管道最为常见的失效原因之一[3]。据统计,发生流动加速腐蚀的管道约占所有电站管道的33%[4]。根据美国电力科学研究院(EPRI, Electric Power Research Institute)对全世界燃煤电厂所作的统计结果,约70%的燃煤电厂都发生过流动加速腐蚀[5]。流动加速腐蚀主要发生在流体流动受到严重干扰的管道结构处[6],是由电化学反应以及腐蚀产物发生的溶解、扩散和沉积等许多物理过程共同作用产生的[7],其过程主要涉及两个步骤:腐蚀过程(钢的氧化、氧化物溶解等)以及腐蚀产物向本体溶液的质量转移过程[8]。
研究表明,流动加速腐蚀不仅是一种管道损坏机理,也是热力系统中基础的腐蚀及产物输送过程,有研究人员认为这些腐蚀产物是一些电厂设备损坏机理的核心[13]。流动加速腐蚀往往不会直接造成严重的泄漏事故,故可通过其较为轻微的表征来识别预警,进而抑制流动加速腐蚀的发生。
在以往的研究中,国内外学者通过事故工况分析、模拟试验[9]以及建立数值计算模型[10]等各种方式得出结论:流动加速腐蚀速率与水化学因素、流体动力学因素以及管道因素 [12]都有一定的关联。
2.研究现状
目前,对于流动加速腐蚀现象的研究主要有事故现场调研、实验分析和数值模拟计算等方式。实际上,流动加速腐蚀的实验研究不仅要求实验设备性能优良,对环境条件的控制也有着非常严格的要求。相比于实验研究,将模拟软件与实验数据相结合显然更为简单、有效,这种方式也已成为研究流动加速腐蚀的常用方法。
国内外学者在关于流动加速腐蚀模拟方面进行了大量研究,Kang等[18]使用计算流体动力学软件通过模拟不同角度进料管内部的流场,利用壁面剪切应力分析来预测减薄行为;Rani等[19]利用Fluent软件模拟了73°与90°弯管得到剪切力,采用 Chilton Colburn方程计算出传质系数,与电厂实际壁厚数据和流动加速腐蚀速率进行比较,证明 Fluent模拟结果有助于确定局部减薄区域的位置,并有助于制定管道部件失效的目标检查计划;张凌翔等[10]利用数值模拟得到 90°弯管的腐蚀状况并与电化学方法得到的实验结果相比较;彭翊等[11]及林彤等[20]均研究了孔径比与速度对孔板下游流动加速腐蚀的影响,得到了发生流动加速腐蚀的高风险区域。
迄今为止,众多学者已对流动加速腐蚀展开了许多研究,得到了丰富的研究成果。
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