紅沿河核電站海水淡化系統(tǒng)V型濾池腐蝕與控制

王祥耀，陳勇強(qiáng)，劉 軍

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116001)

紅沿河核電站位于遼寧省大連市瓦房店紅沿河鎮(zhèn)，渤海遼東灣東海岸，北距沈陽(yáng)270 km，南距大連110 km。一期工程建設(shè)4臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)機(jī)組，二期工程建設(shè)2臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)機(jī)組。采用中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPR1000核電技術(shù)，一、二期工程國(guó)產(chǎn)化率將分別超過(guò)70%、80%。

由于廠址所在地瓦房店地區(qū)淡水資源匱乏，故電站采用膜法海水淡化技術(shù)自產(chǎn)淡水供電廠運(yùn)行生產(chǎn)、生活使用。一期工程海水淡化設(shè)施規(guī)劃15 000 m3/d，已建11 000 m3/d，預(yù)留4 000 m3/d擴(kuò)建廠房，2010年6月12日建成投用，正在為廠內(nèi)提供工程調(diào)試用水，該設(shè)施是國(guó)內(nèi)核電站首個(gè)投用的海水淡化設(shè)施，將從根本上解決項(xiàng)目施工和生活用水問(wèn)題，大大緩解項(xiàng)目所在地淡水資源缺乏的狀況，也為有效解決沿海核電站淡水資源缺乏問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑。

紅沿河核電站所在區(qū)域海水pH值一般在6.1～8.1，溶解氧含量3～9 mg/L，含有大量氯離子和其他鹽類(lèi)離子，是強(qiáng)電解質(zhì)溶液，具有強(qiáng)腐蝕性。V型濾池直接與海水接觸，濾池底部挑耳裸露鋼筋及濾池濾板緊固件腐蝕損壞問(wèn)題比較突出，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，海水腐蝕損壞趨勢(shì)日益加劇，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅。在濾池裝砂后維修難度增加，且將來(lái)的用水高峰段無(wú)維修改造時(shí)間窗口。因此，及時(shí)采取恰當(dāng)?shù)姆栏脑齑胧?，?duì)核電站海水淡化系統(tǒng)安全可靠和持續(xù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義［1］。

1 海水淡化系統(tǒng)概況

紅沿河海水淡化系統(tǒng)采用世界先進(jìn)的超濾+反滲透雙膜法海水淡化工藝。該系統(tǒng)采用國(guó)際先進(jìn)的PX壓力交換式能量回收裝置，能量回收率可達(dá)92%。冬季可采用電站循環(huán)冷卻水的溫排水作為進(jìn)水水源，使電廠熱能得到循環(huán)利用。它的主要原理是:海水 (原水含鹽量31 000～34 000 mg/L)首先在混凝沉淀池進(jìn)行初步澄清處理，并加入聚合鋁絮凝劑及次氯酸鈉殺菌劑，降低水的濁度并殺滅微生物、細(xì)菌、藻類(lèi)等;之后經(jīng)過(guò)V型濾池、超濾裝置等進(jìn)一步去除水中的懸浮物、有機(jī)物和膠體，以滿足后續(xù)脫鹽系統(tǒng)的進(jìn)水要求;超濾出水再經(jīng)過(guò)加藥處理 (非氧化性殺菌劑、阻垢劑、還原劑)后進(jìn)入一級(jí)反滲透，除去99%以上的鹽分，最后進(jìn)入二級(jí)反滲透進(jìn)一步脫鹽。產(chǎn)品一級(jí)反滲透出水達(dá)到生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)反滲透水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。2010年6月8日的檢測(cè)試驗(yàn)分析結(jié)果顯示，系統(tǒng)所產(chǎn)淡水的電導(dǎo)率 (一級(jí)RO產(chǎn)水約150 μS/cm，二級(jí)RO產(chǎn)水約10 μS/cm) 等指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)?shù)刈詠?lái)水 (電導(dǎo)約600 μS/cm)。

紅沿河海水淡化系統(tǒng)采用反滲透法 (膜式)制水，分兩級(jí)反滲透:一級(jí)反滲透裝置設(shè)置4套，每套出力160 m3/h，實(shí)際建3套 (480 m3/h)，預(yù)留1套，回收率可達(dá)45%。一級(jí)反滲透產(chǎn)水供生產(chǎn)用水、消防、綠化及廠內(nèi)沖洗普通用水。二級(jí)反滲透裝置A設(shè)置3套，每套出力115 m3/h，實(shí)際建2套 (230 m3/h)，預(yù)留 1套，回收率可達(dá)85%，產(chǎn)水作為除鹽系統(tǒng)進(jìn)水水源。二級(jí)反滲透裝置B設(shè)置2套，每套出力40 m3/h，產(chǎn)水進(jìn)一步處理后作為廠區(qū)生活用水。

系統(tǒng)基本工藝流程如圖1所示。

2 V型濾池腐蝕情況

2.1 V型濾池概況

圖1 海水淡化系統(tǒng)基本工藝流程

系統(tǒng)設(shè)置6套混凝土V型濾池并聯(lián)排列，過(guò)濾水貯存在清水池內(nèi)，供后級(jí)超濾系統(tǒng)用。單臺(tái)設(shè)備凈出力270 m3/h，總出力1 600 m3/h，配3臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)和3臺(tái)反洗水泵供V型濾池反洗。V型濾池的作用是進(jìn)一步去除水中的懸浮物等，保護(hù)后面的超濾系統(tǒng)，防止在海水發(fā)生大的波動(dòng)時(shí)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，濾池出水濁度水于1NTU。

2.2 濾板緊固件腐蝕情況

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，濾池濾板通過(guò)其下的預(yù)埋鋼板與上面的固定鋼板固定，以保證濾板的穩(wěn)定。V型濾池共6個(gè)小水池，每個(gè)小水池濾板30塊，合計(jì)180塊，濾板安放于濾板梁上，通過(guò)緊固件固定在濾板梁上。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)海水淡化預(yù)處理間V型濾池濾板緊固件銹蝕嚴(yán)重，查閱相關(guān)技術(shù)文件后發(fā)現(xiàn)，緊固件的預(yù)埋件和壓板材質(zhì)均為Q235。砼預(yù)埋件防腐做法是:刷底漆2遍 (無(wú)機(jī)富鋅底漆)，面漆2遍 (氯化橡膠漆)。濾板緊固件腐蝕情況如圖2所示。

圖2 濾板緊固件腐蝕情況

2.3 濾池底部挑耳等腐蝕情況

在項(xiàng)目土建階段，發(fā)現(xiàn)因挑耳設(shè)計(jì)寬度為100 mm，與濾板濾頭相碰，為滿足濾頭安裝要求，現(xiàn)場(chǎng)將挑耳鑿掉21 mm。挑耳示意圖如圖3所示。鑿掉挑耳后未對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裸露鋼筋進(jìn)行處理，導(dǎo)致進(jìn)水運(yùn)行后銹蝕嚴(yán)重。此V型濾池濾板、支撐濾板的牛腿和橫梁都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，牛腿和橫梁的裸露鋼筋也有一定程度銹蝕。濾梁腐蝕情況如圖4所示，挑耳腐蝕情況如圖5所示。

圖3 挑耳示意圖

3 腐蝕原因分析

a． 設(shè)備選材不符合海水預(yù)處理設(shè)備防腐蝕技術(shù)要求;池體及支撐板應(yīng)選用耐海水混凝土、鋼襯膠、鋼襯玻璃鋼、鋼涂防腐涂料、超級(jí)不銹鋼等。而濾板緊固件 (埋件和壓板)材質(zhì)為Q235，抗海水腐蝕性能差［2］。

b． V型濾池東西兩面池壁的牛腿實(shí)際建造寬度為100 mm，在安裝濾板時(shí)發(fā)現(xiàn)最邊上一排濾管靠近池壁，被牛腿擋住，所以施工單位現(xiàn)場(chǎng)將挑耳鑿掉21 mm以放下濾管，敲掉混凝土后露出鋼筋，絕大部分裸露的鋼筋未做任何處理直接接觸海水，而碳鋼在流動(dòng)海水中腐蝕速度非?？?，最終在短期內(nèi)造成V型濾池牛腿處銹蝕嚴(yán)重。

c． 防腐設(shè)計(jì)不足和施工質(zhì)量存在問(wèn)題。濾池濾板固定鋼板、裸露金屬本體無(wú)任何防腐措施，濾池內(nèi)橫梁由于土建施工問(wèn)題導(dǎo)致鋼筋暴露在混凝土外，金屬基體直接與海水接觸，造成金屬基體腐蝕。

d． 為了殺死海水中海生物和微生物，在濾池進(jìn)口加入了次氯酸鈉溶液，次氯酸鈉溶液具有強(qiáng)氧化性，在殺死海生物的同時(shí)，也加強(qiáng)了海水的腐蝕性［3］。

e． V型濾池運(yùn)行及反洗過(guò)程中，石英砂的松動(dòng)摩擦?xí)茐姆栏瘜樱涌炝颂间摪逶诤Ｋh(huán)境中的腐蝕。

4 處理措施

針對(duì)V型濾池腐蝕問(wèn)題，各方人員召開(kāi)了專(zhuān)家討論會(huì)，認(rèn)為針對(duì)埋件的海水腐蝕處理方案有3種:采用耐海水腐蝕的材料、外加陰極保護(hù)和封閉埋件隔離海水。最后認(rèn)為采取第3種方案能達(dá)到防止腐蝕效果，工程改造可操作性強(qiáng)，制定了制定《海水淡化V型濾池防腐方案》。

3種方案的比較如表1所示。

表1 3種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

4.1 挑耳梁處防腐處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水池濾板梁下施工場(chǎng)地狹小無(wú)作業(yè)空間的實(shí)際情況，將每側(cè)拆除3塊濾板，6個(gè)水池共計(jì)需要拆除36塊。濾板拆除時(shí)首先將每塊濾板的長(zhǎng)柄濾頭卸下裝入箱內(nèi)集中存放保管，待挑耳防腐處理完成后重新安裝。濾板拆除使用行車(chē)將濾板吊出，整齊碼放在4 m層平臺(tái)。水池挑耳防腐處理首先按照濾板安裝圖所示挑耳尺寸彈好墨線將突出的4 cm部分用電動(dòng)沖擊鉆鑿除。將混凝土表面清理干凈經(jīng)驗(yàn)收合格后用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿抹面，沙漿層厚度為1 cm，待充分干燥后，涂刷改性環(huán)氧漆防腐2遍。以上工序完成后將濾板安裝就位、校正、固定。

具體流程如下:長(zhǎng)柄濾頭、濾板拆除——挑耳基面處理——環(huán)氧樹(shù)脂砂漿抹面——改性環(huán)氧漆防腐——池內(nèi)清理——濾板安裝——濾板縫封閉——高壓化學(xué)灌漿——壓板高強(qiáng)灌漿料包裹 (支模、灌漿)——養(yǎng)護(hù)、清理——長(zhǎng)柄濾頭安裝。

方案解析圖見(jiàn)圖6。

圖6 挑耳防腐處理方案圖

4.2 濾板梁防腐處理

挑耳防腐處理完成、濾板安裝完全后即可進(jìn)行濾板梁高壓注漿施工。

a． 清理:詳細(xì)檢查、清理干凈需要施工的區(qū)域，清除砼表面析出物，確保表面干凈。

b． 布孔:確定灌漿孔位置及間距，鉆孔間距15～20 cm(施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況確定)。

c． 鉆孔:使用手是鉆等鉆孔工具沿構(gòu)件接觸縫兩側(cè)進(jìn)行鉆孔，鉆頭直徑與注漿嘴 (止水針頭)直徑一致，鉆孔角度≤45°，鉆孔深度8 cm，鉆孔必須達(dá)到濾板梁與濾板的接縫處。

d． 埋嘴:在鉆好的孔內(nèi)安裝灌漿嘴 (止水針頭)，并用專(zhuān)用內(nèi)六角扳手?jǐn)Q緊，使灌漿嘴周?chē)c鉆孔之間無(wú)空隙，不滲漏。

e． 封縫:將濾板梁和濾板之間的縫隙用水泥基防水材料進(jìn)行封閉處理，目的是在灌化學(xué)漿時(shí)不跑漿。

f． 灌漿:使用高壓灌漿機(jī)向灌漿孔內(nèi)灌注化學(xué)灌漿料。平面可從一端開(kāi)始，單孔逐一連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)相鄰孔開(kāi)始出漿后，保持壓力3～5 min，即可停止本孔灌漿，改注相鄰灌漿孔。

g． 拆嘴:灌漿完畢，確認(rèn)不漏后敲掉外露的灌漿嘴，清理干凈已固化的溢漏出的灌漿液。

h． 封口:用環(huán)氧樹(shù)脂膠泥進(jìn)行灌漿口修補(bǔ)、封口處理。

具體流程如下:濾板梁角縫封閉——高壓化學(xué)灌漿——壓板高強(qiáng)灌漿料包裹 (支模、灌漿)——養(yǎng)護(hù)、清理。

4.3 濾板緊固件防腐處理

每個(gè)水池的高壓注漿完成后進(jìn)行濾板緊固件的壓板灌漿，在每個(gè)濾板壓板的位置做15 cm×15 cm×8 cm灌漿料保護(hù)塊。首先將每個(gè)濾板壓板進(jìn)行除銹處理，將每個(gè)壓板周?chē)?.5 cm寬范圍內(nèi)鑿毛清理，經(jīng)驗(yàn)收合格后進(jìn)行高強(qiáng)灌漿料灌漿。灌漿前清理灌漿部位積水，將灌漿料重量的12%～15%加水量加水?dāng)嚢?(機(jī)械攪拌2～3 min，人工攪拌5 min以上)。施工完畢后立即噴灑養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋塑料薄膜陰濕養(yǎng)護(hù)3～7 d。

方案解析圖見(jiàn)圖7。

圖7 濾板頂梁埋件防腐處理方案圖

質(zhì)量保證:為保證施工質(zhì)量，上述方案由專(zhuān)業(yè)防腐施工隊(duì)伍實(shí)施，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定了詳細(xì)可行的施工組織方案。

防腐效果:經(jīng)處理后，V型濾池挑耳及濾板頂梁埋件均得到了封閉。而濾板緊固件壓板高強(qiáng)灌漿料灌漿后效果不好，改用環(huán)氧漆防腐處理，滿足腐蝕防護(hù)要求。

［1］ 鐘趙江，張 耀，王芷芳．核電站海水系統(tǒng)對(duì)設(shè)備管道的腐蝕與防護(hù)［J］．全面腐蝕控制，2007，21(3):25－27．

［2］ 劉伯東．海水淡化設(shè)備防腐工藝的防腐研究［J］．華北電力技術(shù)，1999，28(2):13－14．

［3］ 劉飛華，任 愛(ài)，楊 帆，等．核電站海水冷卻系統(tǒng)的腐蝕與防腐蝕設(shè)計(jì)［J］．腐蝕與防護(hù)，2007，28(6):313－316．

［4］ 汪長(zhǎng)春，王成銘，鄭文遠(yuǎn)．大亞灣和嶺澳核電站海水冷卻系統(tǒng)的腐蝕與控制 ［J］．電力安全技術(shù)，2009，11(2):18－20．

［5］ 李 敬，劉貴昌，王 瑋，等．碳鋼在反滲透水中耐蝕性研究 ［J］．廣州化工，2009，37(4):95－97．