Perché l'acciaio inossidabile duplex viene utilizzato nei sistemi di raffreddamento dell'acqua delle centrali nucleari?
In quanto fonte di energia pulita, l’energia nucleare contribuisce in modo determinante alla riduzione delle emissioni di carbonio in tutto il mondo. Il sistema di tubazioni dell'acqua di raffreddamento è la chiave per il funzionamento sicuro di una centrale nucleare. È costituito da migliaia di metri di tubi di vari diametri e dimensioni. Fornisce un approvvigionamento idrico affidabile per il raffreddamento delle apparecchiature dell'impianto. Il sistema di tubazioni non di sicurezza deve fornire acqua di raffreddamento sufficiente per raffreddare l'impianto, mentre il sistema di sicurezza deve fornire acqua di raffreddamento sufficiente per tenere il reattore sotto controllo e spegnerlo in sicurezza in caso di emergenza.
Questi materiali dei tubi devono essere resistenti alla corrosione dell'acqua di raffreddamento per tutta la vita utile dell'apparecchiatura. A seconda dell'ubicazione dell'impianto, il tipo di acqua di raffreddamento può variare da acqua dolce relativamente pulita ad acqua di mare contaminata. L'esperienza ha dimostrato che con l'invecchiamento dei sistemi possono verificarsi diversi problemi di corrosione e vari gradi di corrosione, che danneggiano il sistema e gli impediscono di fornire l'acqua di raffreddamento necessaria.
I problemi con le tubazioni dell'acqua di raffreddamento spesso riguardano i materiali e le loro interazioni con l'acqua di raffreddamento. Le perdite dovute alle incrostazioni (intasamenti) e la corrosione del sistema sono i problemi più comuni, tra cui l'accumulo di sedimenti, l'attaccamento biologico marino (biofouling), l'accumulo di prodotti di corrosione e il blocco di corpi estranei. Le perdite sono solitamente causate dalla corrosione microbica (MIC), che è una corrosione molto corrosiva causata da alcuni microrganismi presenti nell'acqua. Questa forma di corrosione si verifica frequentemente nell'acciaio al carbonio e nell'acciaio inossidabile a bassa lega.
L’acciaio inossidabile è stato a lungo considerato una valida opzione per la costruzione di nuovi sistemi di tubazioni di approvvigionamento idrico e per riparare o sostituire i sistemi esistenti in acciaio al carbonio. L'acciaio inossidabile comunemente utilizzato nelle soluzioni di aggiornamento delle tubazioni è l'acciaio inossidabile 304L, 316L o 6%-Mo. Acciaio inossidabile 316L e 6% Mo con grandi differenze in termini di prestazioni e prezzo. Se il mezzo di raffreddamento è acqua non trattata, che è altamente corrosiva e comporta il rischio di corrosione microbica, 304L e 316L non sono scelte adatte. Di conseguenza, gli impianti nucleari hanno dovuto passare all’acciaio inossidabile 6%-Mo o accettare gli elevati costi di manutenzione dei sistemi in acciaio al carbonio. Alcune centrali nucleari utilizzano ancora tubi di rivestimento in acciaio al carbonio a causa del costo iniziale inferiore. Secondo ASTM A240, i sistemi di tubazioni per l'approvvigionamento idrico industriale sono spesso realizzati in acciaio inossidabile di seguito:
| gradi | UNS | C | N | Cr | Ni | Mo | Cu |
| 304L | S30403 | 0.03 | / | 18.0-20.0 | 8.0-12.0 | / | / |
| 316L | S31603 | 0.03 | / | 16.0-18.0 | 10.0-14.0 | 2.0-3.0 | / |
| 6%Mo | N08367 | 0.03 | 0.18-0.25 | 20.0-22.0 | 23.0-25.0 | 6.0-7.0 | 0.75 |
| 2205 | S32205 | 0.03 | 0.14-0.2 | 22.0-23.0 | 4.5-6.5 | 3.0-3.5 | / |
L'acciaio inossidabile duplex 2205 si è rivelato un'ottima scelta. La centrale nucleare Catawba di Duke Power nella Carolina del Sud è la prima centrale nucleare a utilizzare l'acciaio inossidabile bifase 2205 (UNS S32205) nei suoi sistemi. Questo grado contiene circa 3,2% molibdeno e presenta una resistenza alla corrosione migliorata e una resistenza alla corrosione microbica significativamente migliore rispetto agli acciai inossidabili 304L e 316L.
Le tubazioni di rivestimento in acciaio al carbonio sulla porzione fuori terra del sistema di tubazioni che convogliano l'acqua di alimentazione alla torre di raffreddamento del condensatore principale sono state sostituite con tubazioni in acciaio inossidabile duplex 2205.
Il nuovo sostituto 2205 Il tubo duplex in acciaio inossidabile è stato installato nel 2002. Il tubo è lungo 60 metri, ha un diametro di 76,2 cm e 91,4 cm e lo spessore della parete del tubo è di 0,95 cm. Il sistema specificato in conformità con ASME B31.1 Power piping, che è uno dei codici di gestione per l'uso sicuro dei sistemi di tubazioni delle centrali elettriche ed è ampiamente utilizzato nel mondo. Dopo 500 giorni di servizio, il sistema è stato accuratamente ispezionato. Durante l'ispezione non è stata riscontrata alcuna incrostazione o corrosione. L'acciaio inossidabile duplex 2205 ha funzionato molto bene. Le tubazioni in acciaio inossidabile 2205 funzionano bene da oltre un decennio dalla loro installazione. Sulla base di questa esperienza, Duke Power ha utilizzato Tubi in acciaio inossidabile duplex 2205 in altre parti del suo sistema.
Interno del tubo 2205 dopo 500 giorni di utilizzo.
I progettisti dei sistemi idrici delle centrali nucleari hanno ora un'opzione in più quando si tratta di scegliere i materiali delle tubazioni per l'acqua di raffreddamento resistente alla corrosione. L'applicazione di successo dell'acciaio inossidabile duplex 2205 può ridurre i costi di manutenzione, ridurre i tempi di inattività e garantire la sicurezza operativa delle centrali nucleari.
