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行业动态
复旦研发新型粘接剂解决进口核电设备“水土不服病”
时间:2012年11月09日 来源:解放牛网 点击量: 分享:
    近年来,核电安全进入了人们的视野。特别是日本3·11福岛核电站事故后,如何保证核电设备的安全成为社会关注的焦点。此次工博会上,复旦大学材料科学系的杨振国教授团队将展示其自主研发的高分子复合粘接剂,该成果可以使核电装置关键设备克服在复杂工况环境下外包材料被腐蚀的情况,从而极大的降低由于材料腐蚀所造成的有害物质泄漏风险,提高核电站的综合安全系数。这一涉及核电装置安全的重要科研成果,无疑将给公众吃一粒“定心丸”。
       据介绍,杨振国教授团队通过对CANDU-6型核电装置关键设备换热器钛管发生的若干起泄漏事件进行失效分析,揭示了其失效的“致病机制”,并提出了“对症下药”的解决方案,实施后效果显著。

 

    国外设备“水土不服” 
        我国秦山核电站三期的两台核电机组是由中方和加拿大原子能有限公司一起负责总体设计建造的。其中,每台机组配备的热交换器由美国 YUBA公司负责设计制造的,设计寿命为40年。但是,这些昂贵的洋设备,在秦山实际运行不到3年,大量传热管就出现了异常的过早失效问.
       为什么在国外经过测试寿命长达40年的传热管,到了中国就“水土不服”了呢?为此,杨振国带领科研团队对现场进行了检查。但是,反复的材质检测和试验发现,换热器的失效与传热管的材料并没有太大关联。于是他们再次换了思路,对传热管表面进行了仔细的显微观察、成分分析和化学价态表征,终于发现,这种国外进口的钛管,由于在中国海洋、气候等工况环境的多种特定因素交互作用上,其表面出现了罕见的失效“病症,如低温海水下出现了氢鼓泡、氢脆等现象。杨教授带领课题组成员,一口气对外国材料的6大“致病机理”——造成钛管失效的机制与原因进行了系统研究,发现了氢鼓泡、表面机械凹陷、微动磨损、泥沙沉积、贝壳卡塞和橡胶带堵塞等传热管失效的“病因”。

 

    中国专家“对症下药”
       针对这六大“病因”,杨振国教授带领复旦材料科学团队开出了自己的综合“治疗和调理”的“药方”,其中最重要的就是在钛管、钛板上涂敷高分子复合粘接剂,好比给容易传热管“受伤”的“皮肤”涂上了一层保护“药膏”。
       据悉,这种高分子复合粘接剂是复旦大学主导研发的一种高科技产品。它的专业名称叫做“多组分多官能团嵌段聚合拼混树脂”,是一种改性高分子树脂与无机粉末的复合材料,集众多优秀特性于一体,是一种应用于重防腐设备和管道表面涂覆工程的理想材料。据杨教授介绍,该高分子材料内部所含的不同组分能有针对性地帮助“保护对象”应对不同的恶劣环境和腐蚀风险,可谓是一种预防腐蚀的多功能“药膏”。而在实际使用中,高分子复合粘接剂的高效表现,也赢得了用户们的高度好评。

 

    从理论深度到应用高度 
        据介绍,杨振国教授的该参展项目曾获得了2009~2011年度中国工业防腐蚀技术协会科学技术奖一等奖。由院士领衔的评审专家认为,该项目“具有理论深度和工程实用价值的优秀失效分析和纠正措施范例,对保证核电站安全运行具有重要意义,其总体水平达到了国际先进水平。”

通过检测,该项目所取得的创新性成果主要有:

      1) 发现钛金属管的新型“病症”——首次在国内外发现了钛管在35-40℃海水环境中会发生的氢鼓泡、氢脆的失效机制。

      2) 全面、正确地“诊断”了钛管中存在的六种不同的失效模式。

      3) 研制了耐磨耐蚀高分子复合粘接剂。

       除此以外,杨教授还针对秦山三期的实际情况,提出了以下一些辅助的“治疗措施”,完善了自己的“治疗方案”:

       针对橡胶带脱落堵塞引起的冲刷磨损和磨粒磨损失效模式,完善了衬里保护新工艺;对在役的钛传热管加装尼龙套管进行防护,有效地降低了钛管的缺陷发展速率和换管率;通过加装出水口节流装置,降低海水流速,有效缓解了海水引起的冲刷磨损效应。这些措施有效地保障了设备的安全运行和设计寿命,仅此就可直接节省2亿多元的设备更新费。

    失效分析:为机械设备“望闻问切”

       据介绍,上述的项目是机械设备失效分析研究的一个重大典型案例。在我们的现实经济生活中,各个工业部门和各类机械、设备中广泛使用着大量的、不同种类的金属材料及其构件,它们和人一样也会生病、衰老,经常会以磨损、腐蚀、断裂、变形等方式失效。机械零件及机械设备的失效给国民经济带来的损失是十分惊人的,严重的失效事故甚至会造成人身伤亡。失效分析专家经常要充当机械设备的“全科医生”,为它们做一次系统性的“望闻问切”,找到病因(失效机制)、开出药方(解决方案),从而避免和防止类似事故的发生,并提出预防和监视使用的措施。

       2007以来,作为国内知名的失效分析专家、复旦大学杨振国教授已经连续三届在每二年举行一次的“全国失效分析学术会议”上应邀做大会报告,成果斐然,他指导的研究生也有多篇文章选入大会论文集。2012年1月,杨振国教授以此次秦山三期换热器传热管失效分析项目为基础,形成的二篇组合论文《核电装置换热器的失效分析及其解决对策》作为封面文章出版在失效分析领域顶级学术杂志《材料与腐蚀》(Materials and Corrosion),标志着中国失效分析领域的研究得到了国际学术界高度评价。 
     谈到此次工博会展出项目,杨振国教授对记者表示,“复旦大学原本没有防腐蚀工程建设的专业资质认可,不能接手该项目。但是,在各方都无计可施的情况下,我们便责无旁贷地接下了这个任务。” 
      “学术是为了什么? 教学、科学还有服务社会。我认为其中服务社会是最有实际价值的,造福人类才是科学的宗旨。”杨振国的话语里充满了期待。

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