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原子力はクリーンなエネルギー源として、世界中で炭素排出量の削減に大きく貢献しています。冷却水配管システムは、原子力発電所の安全な運転の鍵です。このシステムは、さまざまな直径とサイズの数千フィートのパイプで構成されており、プラント機器の冷却に信頼性の高い水供給を提供します。非安全配管システムは、プラントを冷却するのに十分な冷却水を供給する必要があり、安全システムは、緊急時に原子炉を制御して安全に停止するのに十分な冷却水を供給する必要があります。

これらのパイプの材質は、機器の耐用年数全体にわたって冷却水の腐食に耐える必要があります。プラントの場所に応じて、冷却水の種類は比較的きれいな真水から汚染された海水までさまざまです。経験上、システムが古くなると、さまざまな腐食の問題やさまざまな程度の腐食が発生し、システムが損傷して必要な冷却水の供給が妨げられる可能性があります。

冷却水配管の問題は、多くの場合、材料と冷却水との相互作用に関係しています。システムの汚れ (詰まり) による漏れと腐食が最も一般的な問題で、堆積物の蓄積、海洋生物の付着 (生物付着)、腐食生成物の蓄積、異物の詰まりなどがあります。漏れは通常、微生物腐食 (MIC) によって発生します。これは、水中の特定の微生物によって引き起こされる非常に腐食性の高い腐食です。このタイプの腐食は、炭素鋼と低合金ステンレス鋼で頻繁に発生します。

ステンレス鋼は、新しい給水配管システムの構築や、既存の炭素鋼システムの修理または交換に長い間実行可能なオプションと考えられてきました。配管アップグレードソリューションで一般的に使用されるステンレス鋼は、304L、316L、または6%-Moステンレス鋼です。316Lと6%-Moステンレス鋼は、パフォーマンスと価格に大きな違いがあります。冷却媒体が未処理の水である場合、これは非常に腐食性が高く、微生物腐食のリスクがあるため、304Lと316Lは適切な選択ではありません。その結果、原子力発電所は6%-Moステンレス鋼にアップグレードするか、炭素鋼システムの高いメンテナンスコストを受け入れる必要がありました。一部の原子力発電所では、初期コストが低いため、依然として炭素鋼ライニングパイプを使用しています。ASTM A240によると、工業用給水配管システムは、多くの場合、以下のステンレス鋼で作られています。

2205 二相ステンレス鋼は優れた選択であることが証明されました。サウスカロライナ州にあるデューク パワー社のカトーバ原子力発電所は、システムに 2205 (UNS S32205) 二相ステンレス鋼を使用する最初の原子力発電所です。このグレードには約 3.2% のモリブデンが含まれており、304L および 316L ステンレス鋼よりも耐腐食性が向上し、微生物による耐腐食性が大幅に向上しています。

主凝縮器の冷却塔に供給水を送る配管システムの地上部分の炭素鋼ライニング配管を、2205 二相ステンレス鋼配管に交換しました。

新しい代替品 2205 2002年に二相ステンレス鋼管が設置されました。パイプの長さは60メートル、直径は76.2cm、91.4cm、パイプの壁の厚さは0.95cmです。このシステムは、発電所の配管システムの安全使用に関する管理コードの1つであり、世界中で広く使用されているASME B31.1 Power pipingに従って指定されています。500日間の使用後、システムは徹底的に検査されました。検査中にスケーリングや腐食は見つかりませんでした。2205二相ステンレス鋼は非常に優れた性能を発揮しました。2205ステンレス鋼配管は、設置以来10年以上にわたって良好な性能を発揮しています。この経験に基づいて、デュークパワーは 2205 二相ステンレス鋼管 システムの他の部分でも。

500日間使用後の2205パイプの内部。

原子力発電所の給水システムの設計者には、耐腐食性冷却水配管材料の選択に関して、もう 1 つの選択肢が与えられました。2205 二相ステンレス鋼を適切に適用することで、保守コストを削減し、ダウンタイムを短縮し、原子力発電所の運転安全性を確保できます。

ニッケルは高価な合金元素として知られており、応力腐食耐性とオーステナイト構造の両方が求められる用途では不可欠です。例えば、オーステナイト構造が高温環境ではクリープ耐性が重要です。 ステンレス鋼 従来のオーステナイト系ステンレス鋼と同様に、双晶境界は、積層欠陥エネルギーが低いため、ニッケルリッチオーステナイト系ステンレス鋼の重要な特徴です。オーステナイト系ステンレス鋼は応力腐食割れ（SCC）を起こしやすいですが、ニッケル含有量が20%を超えると、応力腐食耐性が大幅に向上します。16%〜21%のクロムを含むFe-Ni-Cr合金の応力腐食閾値（105℃、22% NaCl水溶液）の応力強度に対するニッケルの影響を研究しました。ニッケルリッチオーステナイト系ステンレス鋼（NiASS）は、別のクラスのステンレス鋼と見なすことができます。実際、ニッケル含有量が30%を超えると、二相およびフェライトステンレス鋼の応力腐食耐性は、二相およびフェライトステンレス鋼のそれと同等になります。ニッケルリッチオーステナイト系ステンレス鋼のいくつかの限定されたグレードは、 ステンレス鋼 下記の表にリストされています。スーパーオーステナイト系ステンレス鋼 254SMO および 654SMO は、石油およびガス産業向けに特別に設計されています。代表的な用途は、海水冷却、パルプ漂白、油圧および計器配管設備です。

Ni-オーステナイト系ステンレス鋼のグレード

22Cr-25Ni合金であるSANICRO 25は、700℃までのボイラーで使用するために設計されています。優れたクリープ破壊強度と高温耐腐食性により、過熱器や再加熱器に適した材料です。実際、SANICRO 25のクリープ破壊強度は、600〜750℃の範囲でほとんどのオーステナイト系ステンレス鋼よりも優れています。腐食性の高い酸性環境では、通常、Sanicro 28が最良の選択です。チューブ、ケーシング、酸性ガスライニングを備えた高強度掘削井戸で使用され、その他の用途には、ヒーター、ポンプシステム、湿式リン酸工場と過リン酸工場のポンプとコンテナが含まれます。

合金800は、優れた耐クリープ性、良好な高温耐腐食性、および材料の高温強度が求められる550～1100℃の環境範囲でよく使用されます。これらの合金は、アンモニア、メタノール、都市ガスの生産の入口と出口、および塩化ビニルとエチレンの生産に使用される炉管にも使用されます。その他の用途には、流動床用の熱交換管と輻射管、およびマフラー管や熱電対の保護スリーブなどの熱処理炉の部品が含まれます。

25Cr-35Ni 合金 353Ma は、浸炭や窒素吸収が問題となる可能性のある環境で合成ガスを処理するクラッキング炉や改質管で使用するために設計されています。クロム含有量の多い他の選択肢もありますが、353MA が最良の選択です。その理由の 1 つは、非常に安定した表面酸化層の形成に役立つ Ce 元素が含まれていることです。

合金 690 は 60 パーセントのニッケルを含み、主に原子力発電所の蒸気発生器の配管に使用されます。動作温度は 365℃ で、この温度では粒子間の応力腐食割れが問題になる可能性があります。所定の使用条件下では、合金 690 は腐食がほとんど発生しないため、推奨される合金です。

興味深いことに、ニッケルを多く含むオーステナイト系ステンレス鋼 254SMO は芸術にも使用されています。カール・ミレスによる彫刻「神は虹の彼方に」は、1995 年にストックホルムのナック・ストランドの南岸に設置されました。この彫刻は高さ約 23 メートルで、毎日多数の船乗りが通る有名な景勝地です。周囲の海水には塩分が含まれており、塩化物によって表面腐食が発生しやすいため、高強度のスーパーオーステナイト系ステンレス鋼 254SMO はこのような環境に非常に適しています。