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. Consiste di migliaia di piedi 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 sotto controllo il reattore e spegnerlo in sicurezza in caso di emergenza.

Questi materiali per tubi devono essere resistenti alla corrosione dell'acqua di raffreddamento per tutta la vita utile dell'apparecchiatura. A seconda della posizione dell'impianto, il tipo di acqua di raffreddamento può variare da acqua dolce relativamente pulita a acqua di mare contaminata. L'esperienza ha dimostrato che con l'invecchiamento dei sistemi, possono verificarsi una serie di problemi di corrosione e vari gradi di corrosione, danneggiando il sistema e impedendogli di fornire l'acqua di raffreddamento richiesta.

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 a incrostazioni (ostruzione) e corrosione del sistema sono i problemi più comuni, tra cui l'accumulo di sedimenti, l'adesione biologica marina (biofouling), l'accumulo di prodotti di corrosione e il blocco di corpi estranei. La perdita è solitamente causata dalla corrosione microbica (MIC), che è una corrosione molto corrosiva causata da alcuni microrganismi 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 un'opzione praticabile per la costruzione di nuovi sistemi di tubazioni di approvvigionamento idrico e per la riparazione o la sostituzione di 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 un rischio di corrosione microbica, 304L e 316L non sono scelte adatte. Di conseguenza, le centrali nucleari hanno dovuto passare all'acciaio inossidabile al 6% di 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 di approvvigionamento idrico industriale sono spesso realizzati in acciaio inossidabile di seguito:

classi 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%lu 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 una scelta eccellente. La centrale nucleare Catawba di Duke Power nella Carolina del Sud è la prima centrale nucleare ad utilizzare acciaio inossidabile bifase 2205 (UNS S32205) nei suoi sistemi. Questo grado contiene circa il 3.2% di molibdeno e presenta una migliore resistenza alla corrosione e una resistenza alla corrosione microbica significativamente migliore rispetto agli acciai inossidabili 304L e 316L.

La tubazione di rivestimento in acciaio al carbonio sulla porzione fuori terra del sistema di tubazioni che convoglia l'acqua di alimentazione alla torre di raffreddamento del condensatore principale è stata sostituita 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, 76.2 cm e 91.4 cm di diametro e lo spessore della parete del tubo è 0.95 cm. Il sistema è 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 sono state riscontrate incrostazioni o corrosione. L'acciaio inossidabile duplex 2205 si è comportato molto bene. Le tubazioni in acciaio inossidabile 2205 hanno funzionato bene per più di un decennio dalla sua installazione. Sulla base di questa esperienza, Duke Power ha utilizzato 2205 tubi duplex in acciaio inossidabile in altre parti del suo sistema.

Interno del tubo 2205 dopo 500 giorni di utilizzo.

 

I progettisti di sistemi idrici di centrali nucleari ora hanno 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 fermo e garantire la sicurezza operativa delle centrali nucleari.

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