Status and Future of Corrosion in PWR Steam Generators

Situation actuelle et perspectives en matière de corrosion des générateurs de vapeur des REP

¹ Consultant, Staehle Consulting
² Consultant, Dominion Engineering Inc.
³ Project Manager, Electric Power Research Institute
⁴ Director, Components and Systems Division, Atomic Energy of Canada Ltd.

Abstract

This review considers the broad set of corrosive degradations that can occur in PWR steam generators. The general status is reviewed, and potential future problems are identified. Recommendations for future work in each category are given. Main categories in this review include thick sections, tubing, and water chemistry. Tubing materials included are Alloys 600MA, 600TT, 690TT, 800NG, and Type 321 stainless steels. It appears that the Alloys 690TTand 800 give the best performance in vertical SGs and that the Type 321 gives adequate lifetimes for the horizontal steam generators. For tubing, the most likely location for degradation, mainly by stress corrosion cracking (SCC), is at the top of the tubesheet (ITS) of vertical steam generators, especially from the secondary side owing to both the superheated crevices and in some cases denting. These locations are the most likely to concentrate impurities, especially lead and possibly reduced sulfate species, which are inimical to both Alloys 690TT and 800. Available data from operating plants and from laboratory studies of these two alloys suggest that low potential stress corrosion cracking (LPSCC) is not a major concern at present although the presence of cold work, due to surface abuse or bulk deformation, may produce such SCC at longer exposure times. The line contact tube supports are expected, in principle, to be improvements over ones with drilled holes. However, in the long term this degree of improvement is not so clear since the interstices in some plants can fill with deposits; the possible concentration of impurities here is not clear but should be expected. Special attention should be paid to Alloys 690TT and 800 when exposed to lead since, in addition to their possible (neither has cracked in service so far) susceptibility to SCC, based on laboratory data, these alloys produce relatively thick scales when exposed to nominal concentrations of lead.

There appears to be little question that degradation could occur in the future in modern steam generators. Only the mode of such degradations may differ from those in the past. There is substantially insufficient information upon which to predict future performance; however, the directions and types of work required are quite clear.

Résumé

Cet article prend en compte l'ensemble des dégradations par la corrosion qui peuvent se produire dans les générateurs de vapeur des réacteurs REP. La situation actuelle globale est passée en revue et les problèmes potentiels sont identifiés. Des recommandations de travaux à réaliser dans chaque cas de figure sont données. Les principaux cas traités couvrent les produits épais, les tubes et la chimie de l'eau. Les matériaux concernés sont les alliages de nickel 600 MA, 600 TT, 690 TT, 800 NG et les aciers inoxydables de type 321. Il apparaît que les alliages de nickel 690TT et 800 présentent un meilleur comportement dans les GV verticaux et que l'alliage de type 321 permet d'obtenir des durées de vie suffisantes pour les GV horizontaux. Dans le cas des tubes, la localisation la plus probable pour la dégradation, principalement par fissuration par corrosion sous contrainte, se situe en sortie de plaque tubulaire des GV de type vertical, surtout du côté secondaire, du fait de la présence d'interstices surchauffés et dans certains cas d'indentation. Ces endroits sont les plus susceptibles de concentrer des impuretés, tout particulièrement du plomb et éventuellement des formes réduites de sulfates, qui sont agressives vis-à-vis des alliages 690TT et 800. Les données disponibles provenant des centrales en exploitation et d'études en laboratoire portant sur ces deux alliages suggèrent que la fissuration par corrosion sous contrainte à bas potentiel ne constitue pas une préoccupation majeure à l'heure actuelle, même si la présence d'écrouissage, résultant d'agressions superficielles ou de déformation en masse, pourraient entraîner ce type de fissuration après des durées d'exposition prolongées.

Les plaques entretoises brochées ou foliées se comportent, en principe, mieux que les plaques entretoises percées. Cependant, à long terme l'ampleur de l'amélioration n'est pas si claire puisque les passages dans certaines centrales peuvent se remplir de dépôts ; la concentration d'impuretés à cet endroit n'est pas établie, mais est probable. Une attention particulière devrait être apportée aux alliages 690TT et 800 lors d'une exposition au plomb puisque, en plus de leur éventuelle susceptibilité à la fissuration sous contrainte (cependant aucune fissuration en service de ces deux alliages n'a été observée jusqu'ici), sur la base de données acquises en laboratoire, ces alliages produisent des couches relativement épaisses d'oxyde lorsqu'ils sont exposés à des concentrations significatives de plomb.

Il semble y avoir un consensus sur la probabilité d'apparition ultérieure de dégradations dans les générateurs de vapeur actuels. Seul le mode de dégradation pourrait différer de celles rencontrées dans le passé. Les données disponibles pour permettre de prédire les performances futures sont actuellement nettement insuffisantes ; cependant, les orientations et la nature des travaux à réaliser sont clairement établies.