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クリーンエネルギー源として、原子力は世界中の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。 これは、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います。 プラント設備を冷却するための信頼性の高い給水を提供します。 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提供する必要があり、安全システムは、原子炉を制御下に置き、緊急時に安全にシャットダウンするのに十分な冷却水を提供する必要があります。

これらのパイプ材料は、機器の耐用年数を通じて冷却水の腐食に耐性がなければなりません。 工場の場所に応じて、冷却水の種類は比較的きれいな淡水から汚染された海水までさまざまです。 経験によれば、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、必要な冷却水を供給できなくなる可能性があります。

冷却水配管の問題には、多くの場合、材料とそれらの冷却水との相互作用が関係しています。 堆積物の蓄積、海洋生物学的付着（生物付着）、腐食生成物の蓄積、異物の閉塞など、システムのファウリング（詰まり）と腐食による漏れが最も一般的な問題です。 漏れは通常、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腐食である微生物腐食（MIC）によって引き起こされます。 この形態の腐食は、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を構築し、既存の炭素鋼システムを修理または交換するための実行可能なオプションと長い間考えられてきました。 配管の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ステンレス鋼は性能と価格に大きな違いがあります。 冷却媒体が腐食性が高く、微生物腐食のリスクがある未処理の水である場合、304Lおよび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維持費を受け入れる必要がありました。 一部の原子力発電所は、初期費用が低いため、依然として炭素鋼の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が優れた選択肢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した最初の原子力発電所です。 このグレードは約3.2％のモリブデンを含み、304Lおよび316Lステンレス鋼よりも耐食性が向上し、耐微生物性が大幅に向上しています。

メインコンデンサーの冷却塔に給水を運ぶ配管システムの地上部分の炭素鋼ライニング配管は、2205二相ステンレス鋼配管に置き換えられました。

新しい代替品 2205 二相ステンレス鋼管は2002年に設置されました。管の長さは60メートル、直径は76.2 cm、直径は91.4 cmで、管の壁の厚さは0.95cmです。 ASME B31.1に準拠して指定されたシステムは、発電所の配管システムを安全に使用するための管理コードの500つであり、世界中で広く使用されています。 2205日間のサービスの後、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良好に機能しました。 XNUMXステンレス鋼配管は、設置以来XNUMX年以上にわたって良好に機能しています。 この経験に基づいて、デュークパワーは使用しています 2205二相ステンレス鋼管 そのシステムの他の部分で。

2205日使用後の500パイプの内部。

原子力発電所の水システムの設計者は、耐食性の冷却水の配管材料を選択する際に、もう2205つの選択肢があります。 XNUMX二相ステンレス鋼の適用に成功すると、メンテナンスコストを削減し、ダウンタイムを削減し、原子力発電所の運転の安全性を確保できます。

ニッケルは高価な合金元素であることが知られており、耐応力腐食性とオーステナイト構造の両方が必要な一部の用途では不可欠です。 たとえば、オーステナイト系ステンレス鋼が存在する高温環境では、耐クリープ性が重要です。 ステンレス鋼 必要です。 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、ニッケルに富む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）を起こしやすい傾向があります。 ただし、ニッケル含有量が20％を超えると、耐応力腐食性が大幅に向上します。 105％〜22％のクロムを含むFe-Ni-Cr合金の応力腐食閾値（16℃、21％NaCl水溶液）の応力拡大係数に及ぼすニッケルの影響を研究します。 ニッケルに富む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％を超える場合、二相およびフェライトステンレス鋼の耐応力腐食性は二相およびフェライトステンレス鋼の耐応力腐食性に匹敵します。 ニッケルに富むオーステナイト系のいくつかの限定グレード ステンレス鋼 以下の表にリストされています。 超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。 典型的なアプリケーションは、海水冷却、パルプ漂白、油圧および機器の配管設備です。

Ni-オーステナイト系ステンレス鋼グレード

25Cr-22Ni合金であるSANICRO25は、700°Cまでのボイラーで使用するように設計されています。 クリープ破壊強度と高温耐食性に優れているため、過熱器や再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、Sanicro28が最良の選択です。 チュービング、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、および湿式リン酸プラントと超リン酸プラントのポンプとコンテナが含まれます。

合金800は、550〜1100℃の環境でよく使用されます。これには、優れた耐クリープ性、優れた高温耐食性、および材料の高温強度が必要です。 これらの合金は、アンモニア、メタノール、民間ガスの製造の入口ポートと出口ポート、および塩化ビニルとエチレンの製造に使用される炉管にも使用されます。 その他の用途には、流動燃焼床用の熱交換管や放射管、マフラー管や熱電対用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、浸炭と窒素吸収が潜在的に問題となる環境で合成ガスが処理される分解炉と改質管で使用するために設計されています。 より多くのクロムを含む他の選択肢がありますが、353MAが最良の選択です。 その理由のXNUMXつは、非常に安定した表面酸化物層の形成に役立つ元素Ceが含まれていることです。

合金690は60％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。 作動温度は365℃であり、粒子間の応力腐食割れが潜在的な問題となります。 与えられた使用条件下では、合金690はほとんど腐食がなく、好ましい合金になっています。

ニッケルが豊富なオーステナイト系ステンレス鋼254SMOが芸術にも使用されていることに注目するのは興味深いことです。 カール・ミレスによる「神、虹の向こう」の彫刻は、1995年にストックホルムのナックストランドの南海岸に設置されました。 高さ約23mの彫刻で、毎日多くの船乗りが通り過ぎ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、塩化物は表面腐食を起こしやすく、高強度の超オーステナイト系ステンレス鋼254SMOはこの環境に非常に適しています。