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      中國核電用不銹鋼及未來發展趨勢及需求解析

      拓普思實驗室系統 2020-05-04

      一、中國核電用不銹鋼

      核電站的通風凈化設備主要用于送、排風系統中,可根據不同使用工況安裝不同類型的空氣過濾單元。用于實現空氣凈化,特別適用于受污染或有害氣體的送、排風系統,能保護周圍環境的衛生。

      我國核電廠的通風凈化裝置多數是用奧氏體不銹鋼制造的。奧氏體不銹鋼具有優良的耐腐蝕性能、較好的抗輻照性能。但核電站大多建在沿海地區,海水空氣濕度大,鹽分含量高,而氯離子是不銹鋼腐蝕的主要誘因之一。為了保證核電廠通風凈化系統的可靠,提高奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性尤為重要。

      1海洋環境對核電用奧氏體不銹鋼腐蝕的影響

      1.1海洋環境的腐蝕特點

      不銹鋼在一般的空氣或淡水環境中發生腐蝕,表面會形成一層致密的氧化膜,使鋼鐵腐蝕過程受到抑制。海洋環境的空氣氯離子含量較高,而氯離子很容易置換氧化膜中的氧破壞氧化膜,這就使在一定濃度的氯離子環境下很難建立穩定的鈍態。而不銹鋼中的鉬,可降低氯離子對鈍化膜的破壞。隨著氯離子在設備上的積累,氯離子的濃度會越來越高,對不銹鋼的腐蝕性會原來越大。

      1.2點腐蝕

      點蝕是金屬表面相對集中在一個很小部位的局部腐蝕。不銹鋼表面的保護性氧化層中先形成直徑幾個微米的微型凹陷,這種微型凹陷的迅猛增加是造成不銹鋼大規模腐蝕的原因。不銹鋼經過表面的酸洗鈍化后,形成CrO3或Cr2O3氧化膜,使得不銹鋼發揮較大的耐腐蝕性,能夠阻擋了腐蝕性介質的侵蝕和破壞。核電廠不銹鋼設備發生腐蝕的情況一般是點蝕,發生點蝕的部位一般出現在縫隙、劃傷表面等鈍化膜被破壞的表面。若不銹鋼表面潮濕且含有氯離子,則可以在局部形成強酸溶解鈍化膜,破壞穩定的鈍化狀態,導致大面積的腐蝕。

      1.3晶間腐蝕

      晶間腐蝕是金屬腐蝕的一種常見的局部腐蝕,腐蝕從金屬表面開始,沿著金屬晶粒間的分界面向晶粒內部擴展,使晶粒間的結合力大大減弱。它是一種選擇性腐蝕,沿晶界深入金屬內部,這種腐蝕使金屬在外表面上看不出任何跡象的情況下,卻能使材料喪失其力學性能,甚至使材料完全失去強度,它是危害性很大的局部腐蝕形式之一。核電站通風凈化設備在長時間運轉過程中,氯離子積累到一定程度就會導致不銹鋼殼體的晶間腐蝕。受到這種腐蝕的不銹鋼,表面上不出任何腐蝕或是損壞,但不銹鋼內部的晶界區已遭受破壞。腐蝕達到一定程度就會造成構件或設備的破壞,嚴重時會影響整個核電站的可靠運轉。

      2奧氏體不銹鋼材料的對比

      奧氏體不銹鋼常溫和低溫下有良好韌性、塑性、焊接性和抗腐蝕性,具有抵抗化學腐蝕和電化學腐蝕能力。核電站常用的不銹鋼有304(0Cr18Ni9)、304L(00Cr19Ni10)、和316L(00Cr17Ni14Mo2)。

      304不銹鋼是一種通用性的不銹鋼,它廣泛用于制作要求良好綜合性能(耐腐蝕和成型性)的設備和機件。304不銹鋼具有優良的耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。

      304L不銹鋼是含碳量比較低的304不銹鋼的變種,用于需要焊接的場合。較低的含碳量使得在靠近焊縫的熱影響區中所析出的碳化物減少,而碳化物的析出可能導致不銹鋼在某些環境產生晶間腐蝕。因此304L不銹鋼的抗晶間腐蝕的能力優于304不銹鋼。

      316L不銹鋼又稱鈦鋼,添加Mo(2~3%),可以提高鈍化膜的穩定性。316L不銹鋼具有很好的耐點蝕性和耐晶間腐蝕性,還具有良好的耐氯化物侵蝕的性能,在海洋環境或侵蝕性工業大氣中的抗腐蝕能力大大地優于304不銹鋼和304L不銹鋼。

      從抗腐蝕性能上來說316L不銹鋼>304L不銹鋼>304不銹鋼低碳不銹鋼又優于同鋼號的普通不銹鋼。加Ti、Mo或固溶處理是預防不銹鋼點蝕的主要方法。

      3耐腐蝕防護方法

      在海洋環境下,海水空氣濕度大,鹽分含(下轉第30頁)(上接第35頁)量高。空氣中游離狀態的氯離子成為不銹鋼腐蝕的主要誘因之一。通過研究海洋環境對核電用奧氏體不銹鋼腐蝕的影響,并對比奧氏體不銹鋼材料性能,提出以下6種方法來提高所用不銹鋼材料的抗腐蝕性。

      3.1 對不銹鋼表面進行酸洗鈍化。通過酸洗鈍化使其表面覆蓋極薄且致密的鈍化膜,通過鈍化膜把腐蝕介質隔離,形成奧氏體不銹鋼的基本且主要的保護屏障。

      3.2避免鹵素離子集中。在通風系統的入風口設置干燥器或除霧器,盡可能地減少進入通風系統的氯離子的含量,從而降低附著在通風設備不銹鋼表面氯離子的濃度,以減輕奧氏體不銹鋼的腐蝕程度。

      3.3在通風系統中入口處設置鈍化劑添加接口,向通風系統中添加低濃度的硝酸鹽或鉻酸鹽,以抑制氯離子吸附在金屬表面,防止氯化物離子吸附而早造成點蝕或晶間腐蝕。

      3.4盡量選用316L不銹鋼。含鉬2%~4%的奧氏體型不銹鋼具有良好的耐點蝕性能。使用含鉬奧氏體型不銹鋼可顯著減少點蝕或晶間腐蝕。

      3.5光亮退火處理。提高鈍化膜在氯離子環境下穩定性,提高耐腐蝕性。

      二、中國核電未來發展趨勢及需求解析

      中國國務院新聞辦公室9月3日白皮書稱,經過30多年的發展,中國核電實現自主設計、建造和運營。在建設運行百萬千瓦級非能動先進壓水堆和歐洲先進壓水堆機組。

      核電站設備發展分析

      中國擬在未來10年中興建超過60座核電廠,其中,未來5年將建造約30座核反應堆(核反應爐),之后五年將興建更多座。至2030年,中國一共要有110座核電站并網發電。

      其中,核電鑄鍛件未來四年年均需求有望達到86億元;核電閥門占核電設備總投資的5.2%左右,到2020年新建核電站中閥門總投資累計將達到219億元。核級儀控系統每年市場需求在45億元以上。加工機床在每年100億左右。未來四年核電主設備行業下游需求旺盛,行業年均銷售額預計可達390億元;核電閥門和核電HVAC設備下游需求有望倍增。

      中國建成投產的核電站:

      秦山核電站(中核6臺機組)、廣東大亞灣核電站(中廣核2臺機組)、嶺澳核電站(中廣核4臺機組)、田灣核電站一期(中核3臺機組)、遼寧紅沿河核電站(中廣核、國核4臺機組)、寧德核電站(中廣核1、2、3號機組)、陽江核電站(中廣核1、2、3、4號機組)、福清核電站(中核6臺機組)、方家山核電站(中核2臺機組)、海南昌江核電站(中核2臺機組)、廣西防城港核電站(中廣核6臺機組)。

      中國正在建設的核電站:

      陽江核電站一期(中廣核5、6號2臺機組)、三門核電站(中核1、2號機組)、臺山核電站一期(中廣核2臺機組)、海陽核電站(國電投2臺機組)、田灣核電站二期(中核4、5、6號機組)、石島灣核電站(華能集團)、遼寧紅沿河核電站(中廣核5、6號機組)、福清核電站(中核5、6號機組)、防城港核電站一期(中廣核3、4號機組)、陸豐核電站(中廣核6臺機組)、鵬澤核電站(中電投4臺機組)。

      (華龍一號)

      如在福清核電站由中國兩大核電企業中國核工業集團公司和中國廣核集團研發的先進百萬千瓦級壓水堆核電技術,全球首推示范工程核燃料元件”華龍一號”的示范工程中機、電、儀設備以及系統設備集成采購包累計涉及5300多家、8萬多臺套,如果將其分包廠家,原材料、部套件供應商也計算在內,全供應鏈上涉及7000多家分布在全國各地以及國外的供貨廠家。

      裝備國產化是核電的重要基礎

      核電國產化戰略的不斷深入推進,為我國裝備制造業提供了重要的實踐機會,其制造能力和技術水平得到大幅提升。紅沿河、寧德、福清、方家山、昌江等一大批核電項目國產化率逐步提高,目前在建核電機組綜合國產化率已達到百分之80左右。而我國自主三代核電技術華龍一號首堆的設備國產化率則可達到百分之85以上。

      未來中國三代核電站國產化程度較高,國內制造商將受益。華龍一號(國產率為百分之85,大規模生產后國產率至少為百分之90)、CAP1400(國產率至少百分之85)以及AP1000(當前國產率為20~百分之30,在7~8 個機組后國產率有望達到百分之85)有望給國內領先制造商帶來巨大市場。

      在“一帶一路”上及其周邊有60多個國家已經正在計劃發展核電,到2030年新建機組將達到200多臺。如果我國能獲得“一帶一路”沿線百分之20的市場份額,即約30臺海外市場機組。每出口一臺核電機組,需要8萬余臺套設備,200余家企業參與制造和建設,單臺機組投資約300億元,相當于100萬輛汽車、200架中型飛機的出口價值。考慮到天然鈾、核燃料、運維、退役等全產業鏈的貢獻,單臺機組全壽期直接帶動約1000億元。30臺機組將直接產生近1萬億產值,創造500萬個就業機會,全壽期將產生約3萬億產值。

      到2020年, 中國核電設備市場至少有2400億元,若按?百分之80的設備國產化率,國內核電設備市場大約為1920多億元。一座 2*600MW 的壓水堆核電站約有 290 個系統,分別歸屬核島(NI)、 常規島(CI)和電站輔助設施(BOP)。其中核島市場大約1094億元,常規島市場710億元。平均每年大約為384億元,其中核島219億元,常規島165億元。核電設備制造盈利能力處于電站設備制造的較高水平,毛利率通常在百分之40至百分之60。

      核電國產裝備所需配套產品

      核電設備類(大類):

      壓力容器、蒸汽發生器、穩壓器、主管道、堆內構件、核島容器類設備、核級泵類設備、核級閥門、常規閥門、通風系統、儀控設備、汽輪發電機組、凝結水泵、給水泵組、電纜、輸變電設備、控制和儀表設備、通信系統等。

      核電機械設備(大類):

      鋼制可靠殼、儲罐、熱交換器、泵、管道和管配件、波紋管、膨脹節、閥門、支撐件、閘門、機械貫穿件、法蘭、鑄鍛件等。

      核電電氣設備類(大類):

      傳感器(包括探測器、變送器)、電纜、電氣貫穿件、機柜(包括機箱和機架)、控制臺屏、顯示儀表、應急柴油發電機組、蓄電池(組)、閥門驅動裝置、電動機等。

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