紅沿河核電一期常規(guī)島偏堿性除鹽水貯箱內(nèi)防腐材料的選擇及應(yīng)用

董宜玲 *，張春艷，王冬，劉軍

（1.中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518057；2.遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000）

CPR1000 核電機(jī)組偏堿性除鹽水水箱(SER)的主要功能是儲(chǔ)存pH 約為9 的除鹽水，通過(guò)除鹽水泵向核電站各相關(guān)用戶(如核島、常規(guī)島和輔助鍋爐等)提供合格的除鹽水。雖然除鹽水箱在電廠投資中所占比例很小，但其對(duì)核電站的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有十分重要的意義。紅沿河核電一期工程(以下簡(jiǎn)稱紅沿河一期)設(shè)置3 個(gè)容積為3 600 m3的SER 除鹽水箱，其主體材質(zhì)采用碳鋼，外表面涂環(huán)氧瀝青厚漿型面漆加保溫層，內(nèi)表面噴涂防腐涂料。

大亞灣和嶺澳核電站SER 除鹽水箱均為碳鋼內(nèi)涂覆防腐材質(zhì)，由于設(shè)計(jì)時(shí)所選的內(nèi)防腐涂層材料不當(dāng)，導(dǎo)致硫酸根濃度嚴(yán)重超標(biāo)。后經(jīng)試驗(yàn)分析，選用烏龜油對(duì)SER 水箱進(jìn)行內(nèi)防腐涂層改造，目前除長(zhǎng)期運(yùn)行造成小部分涂層鼓泡外，總體效果比較理想，不影響使用。為了避免發(fā)生大亞灣、嶺澳核電站的問(wèn)題，嶺澳二期核電站等后續(xù)項(xiàng)目均采用烏龜油作為SER 除鹽水箱內(nèi)防腐材料[1]。

紅沿河一期核電站采用CPR1000 機(jī)型，補(bǔ)水水質(zhì)要求與嶺澳一期及嶺澳二期基本一致，紅沿河一期SER 水箱用烏龜油進(jìn)行內(nèi)防腐是比較理想的選擇。但使用烏龜油對(duì)施工環(huán)境有一定限制。烏龜油主要由底漆ED1和面漆LP100/512(或AL8T/AP)組成，其中底漆的施工環(huán)境溫度在8～30°C 之間，最大相對(duì)濕度90%，而且要求基底干燥且溫度必須在5～30°C 之間；面漆施工環(huán)境溫度為10～30°C，基材表面溫度高于露點(diǎn)3°C。不滿足上述施工條件則容易發(fā)生流掛或鼓泡現(xiàn)象，使防腐層容易脫落。

根據(jù)工程進(jìn)度安排，紅沿河一期SER 除鹽水箱內(nèi)防腐施工時(shí)間為2009年的冬季，歷史數(shù)據(jù)顯示，進(jìn)入11月份后該地區(qū)氣溫基本低于10°C，施工環(huán)境溫度無(wú)法滿足烏龜油的使用要求。因此，在進(jìn)度要求不能改變的前提下，改變現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的難度很大，投資高，所以紅沿河一期SER 除鹽水箱不能采用烏龜油進(jìn)行內(nèi)防腐涂裝，只能選擇其他涂料。

1 核電及常規(guī)火電除鹽水箱內(nèi)防腐調(diào)研概況

1.1 核電站除鹽水箱內(nèi)防腐概況

目前，在國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的核電站中，大亞灣核電站、嶺澳一期核電站、嶺澳二期核電站均為CPR1000 機(jī)組，其核島用中性除鹽水水箱材質(zhì)為304L 不銹鋼，常規(guī)島用偏堿性除鹽水水箱采用碳鋼內(nèi)涂進(jìn)口的防腐涂料烏龜油，水箱出水水質(zhì)滿足化學(xué)規(guī)范要求。

秦山核電一期及秦山二期分別為 CNP-300 及CNP-600 機(jī)型，其除鹽水箱采用碳鋼內(nèi)表面噴涂EAA(乙烯丙烯酸共聚物)，秦山核電三期采用304L 不銹鋼。

1.2 火電廠除鹽水箱內(nèi)防腐概況

碳鋼除鹽水箱傳統(tǒng)的防腐較多采用內(nèi)涂環(huán)氧樹(shù)脂或內(nèi)襯玻璃鋼材質(zhì)。環(huán)氧樹(shù)脂相對(duì)容易脫落，而內(nèi)襯玻璃鋼施工較困難，拉裂后很難修補(bǔ)，因此，此方法在常規(guī)火電中基本不采用。

近年來(lái)新建電廠較多采用內(nèi)表面噴塑的方法，主要包括噴涂EAA、聚脲彈性體(以下簡(jiǎn)稱聚脲)材料[2-4]，EAA和聚脲均為高分子聚合物，噴塑與基體結(jié)合緊密，不易脫落、開(kāi)裂，使用壽命可達(dá)15 a。經(jīng)初步了解，80%以上的除鹽水箱采用聚脲材料噴涂。隨著電力鍋爐、發(fā)電機(jī)組參數(shù)的提高，對(duì)除鹽水水質(zhì)要求越來(lái)越高，盡管聚脲彈性體滲出物影響電導(dǎo)率的問(wèn)題頻繁被業(yè)內(nèi)人士提出，但聚脲材料溶出物試驗(yàn)基本上為空白，無(wú)數(shù)據(jù)可參考。

2 紅沿河一期SER 水箱內(nèi)防腐材料的選擇

借鑒常規(guī)火電除鹽水箱的防腐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)聚脲彈性體的特性及應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上的聚脲分為聚氨酯/聚脲(通常稱為混合聚脲)和純聚脲?；旌暇垭逍阅芤话?，主要用在混凝土表面的防腐，除鹽水箱內(nèi)防腐材料以進(jìn)口純聚脲居多。純聚脲的主要優(yōu)點(diǎn)是100%固含量，可快速固化，對(duì)環(huán)境溫度、濕度不敏感，施工溫度范圍寬(約?30～135°C)，施工方便。近幾年，常規(guī)火電超臨界、超超臨界機(jī)組除鹽水箱大都采用進(jìn)口純聚脲作為內(nèi)防腐材料，且無(wú)水質(zhì)不合格的反饋。

常規(guī)火電廠純聚脲應(yīng)用廣泛，但在核電站除鹽水箱的防腐中無(wú)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，直接選用進(jìn)口純聚脲作為SER 除鹽水箱的內(nèi)防腐材料存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，出于安全考慮，決定進(jìn)行防腐材料溶出物檢測(cè)試驗(yàn)。

2.1 聚脲溶出物試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

對(duì)不同廠家提供的進(jìn)口純聚脲試片(編號(hào)為A、B、C)進(jìn)行試驗(yàn)，試片規(guī)格為10 mm×100 mm，每個(gè)試片分別用500 mL 的高純水浸泡，最長(zhǎng)浸泡時(shí)間為15 d，每3 d 進(jìn)行一次溶出物測(cè)試，同時(shí)做空白試驗(yàn)，試驗(yàn)前用高純水將試片沖洗干凈，試驗(yàn)及分析過(guò)程中避免外部污染，在25°C 的恒溫環(huán)境下進(jìn)行，測(cè)試測(cè)量精度小于1 μg/L。

水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目主要包括：鹵素離子(Cl?、F?)、硫酸根離子、碳酸氫根離子、Na+及重金屬離子。取樣及分析遵循DL/T 502.1?DL/T 502.32–2006 標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠水汽分析方法》。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

A、B、C 3 組純聚脲試片浸泡不同時(shí)間的水質(zhì)變化如表1 所示。從表1 可以看出，A、B和C 3 組試片經(jīng)過(guò)浸泡后其溶出物的檢測(cè)值中，Cl?、F?和Na+均小于0.5 μg/L，的溶出濃度隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)呈增加的趨勢(shì)，但在最長(zhǎng)浸泡時(shí)間15 d(低于SER 水箱最長(zhǎng)儲(chǔ)存除鹽水時(shí)間)時(shí)，的質(zhì)量濃度仍低于2 μg/L。同時(shí)，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)無(wú)重金屬離子溶出。另外，試驗(yàn)所用的試片的表面積與浸泡水樣容積的比值大于SER 水箱實(shí)際的水接觸壁體表面積與容積之比，試片溶出物檢測(cè)值均在二回路補(bǔ)給水(加氨調(diào)節(jié)后的除鹽水)水質(zhì)(見(jiàn)表2)的允許范圍內(nèi)，滿足SER 水箱內(nèi)防腐要求。表2 中陽(yáng)電導(dǎo)率、總電導(dǎo)率和pH 的測(cè)試溫度均為25°C。

表1 3種試片浸泡不同時(shí)間的水質(zhì)參數(shù)Table 1 Water quality parameters of three kinds of test pieces after immersion for different time

表2 二回路補(bǔ)給水水質(zhì)參數(shù)Table 2 Quality parameters of the feed water in secondary loop

試驗(yàn)結(jié)束后，將試片密封存放2 個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，試片C 的顏色發(fā)生了變化。分析結(jié)果顯示，其水樣中含有微量的銅離子，判斷銅離子由聚脲中添加的色漿溶出。為謹(jǐn)慎起見(jiàn)，建議SER 水箱內(nèi)防腐所用的聚脲不添加色漿，以免除鹽水長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存造成銅離子超標(biāo)。

2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

由以上分析可知，進(jìn)口純聚脲在高純水中的溶出物指標(biāo)均低于核電站化學(xué)技術(shù)規(guī)范中要求的限值，純聚脲施工溫度范圍寬，不受紅沿河現(xiàn)場(chǎng)低溫環(huán)境的影響。因此，選用不添加色漿的進(jìn)口純聚脲作為SER 除鹽水箱的內(nèi)防腐涂料在技術(shù)上是可行的。

紅沿河一期有3 臺(tái)SER 水箱，每臺(tái)水箱直徑16 m，高19 m，容積3 600 m3，內(nèi)表面積約為1 500 m2。選用純聚脲，以噴涂厚度(1 ± 0.2)mm 計(jì)，3 臺(tái)水箱所用涂料總價(jià)約45 萬(wàn)元；而選用烏龜油，3 臺(tái)水箱所用涂料的總價(jià)約190 萬(wàn)元。選用進(jìn)口純聚脲比選用法國(guó)烏龜油能節(jié)省投資約145 萬(wàn)元。另外，整個(gè)分析試驗(yàn)費(fèi)用約25 萬(wàn)元，工程成本在一定程度上增加了，但仍節(jié)省投資約120 萬(wàn)元。因此，選用不添加色漿的進(jìn)口純聚脲A 或B 作為SER 除鹽水箱的內(nèi)防腐材料是經(jīng)濟(jì)的。

2.3 方案確定

經(jīng)過(guò)以上分析，確定紅沿河一期工程SER 除鹽水箱內(nèi)防腐材料選用不添加色漿的進(jìn)口純聚脲彈性體?；趦r(jià)格等方面的原因，施工供應(yīng)商最終選用試驗(yàn)中的A 產(chǎn)品。

聚脲是由異氰酸酯(簡(jiǎn)稱A 組分)與氨基化合物(簡(jiǎn)稱R 組分)反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)，其中的A組分可以是單體、聚合體，也可以是異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物；R 組分必須是由端氨基樹(shù)脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成，而且在端氨基樹(shù)脂中，不得含有任何羥基成分和催化劑。聚脲對(duì)濕氣、溫度不敏感，施工時(shí)基本不受環(huán)境溫度、濕度的影響(可在?28°C 下施工)，且可快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，不產(chǎn)生流掛現(xiàn)象。除鹽水箱內(nèi)壁的噴涂厚度一般為(1 ± 0.2)mm，使用成套設(shè)備施工，一次施工即可達(dá)到設(shè)計(jì)厚度要求。施工后，應(yīng)對(duì)涂層進(jìn)行外觀檢測(cè)，涂層表面應(yīng)平整、無(wú)流掛、無(wú)針孔、無(wú)起泡、無(wú)空鼓和無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象。然后利用超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行厚度檢測(cè)等。

3 紅沿河核電廠SER 水箱的實(shí)際運(yùn)行效果

目前，紅沿河一期工程1 號(hào)機(jī)組已經(jīng)商運(yùn)半年多，SER 除鹽水箱自投用至今沒(méi)有出現(xiàn)水質(zhì)不合格現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的SER 水箱出口處的水質(zhì)檢測(cè)分析數(shù)據(jù)，F(xiàn)?均小于0.5 μg/L，Cl?基本均小于1 μg/L，均小于2 μg/L，出水水質(zhì)滿足核島、常規(guī)島各用戶要求，總體運(yùn)行效果良好。

4 結(jié)論

(1)不同的核電站所處的地理位置、環(huán)境等方面存在差異，因此，設(shè)計(jì)中不能簡(jiǎn)單借鑒其他項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況選擇適合的材料。

(2)紅沿河一期是首個(gè)采用進(jìn)口純聚脲進(jìn)行SER除鹽水箱內(nèi)防腐的核電站，機(jī)組運(yùn)行實(shí)際證明，SER水箱采用純聚脲彈性體進(jìn)行內(nèi)防腐是經(jīng)濟(jì)可行的。

(3)純聚脲的防腐效果可以滿足CPR1000 核電站機(jī)組用水要求，對(duì)濕氣、溫度不敏感，且其造價(jià)相對(duì)較低，其他在建核電站可以借鑒此經(jīng)驗(yàn)。

[1]閻麗靜,楊帆,王志明.嶺澳二期SER 除鹽水箱防腐方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析[C]// 電力科技發(fā)展與節(jié)能:中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)第九屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(下冊(cè)).北京:中國(guó)水利電力出版社,2006:194-198.

[2]黃微波.噴涂聚脲彈性體技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[3]鐘鑫,錢(qián)俊,耿寧清.防腐蝕噴涂聚脲彈性體的研究[J].河南化工,2007,24 (2):28-31,45.

[4]廖有為,趙舒超,車(chē)軼材,等.電廠除鹽水箱聚脲防腐涂層的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電鍍與涂飾,2006,25 (7):32-34.