核電站儲罐腐蝕防護策略研究

邢益誠 魏 雄

（蘇州創(chuàng)發(fā)人力資源服務(wù)有限公司，江蘇 蘇州215004）

0 前言

某核電站屬于亞熱帶海洋性氣候，歷年平均氣溫為21.8℃，年平均降水量2000mm以上，全年多雨，雨季最集中分布在4月～11月，日照2100小時，空氣濕度較大，每年平均的濕度一般大于70%，地域臨近海邊，空氣中的氯離子含鹽量很高，對于金屬的腐蝕性很強。核電站BOP系統(tǒng)儲罐大部分為碳鋼材料，主要面臨以下幾方面腐蝕：戶外除鹽水儲罐底板及地腳螺栓面臨海洋大氣環(huán)境下的腐蝕；酸堿儲罐面臨在內(nèi)襯失效后酸堿溶液的腐蝕；廢液儲罐主要面臨來自低放射性廢液產(chǎn)生的腐蝕。一旦核電站儲罐出現(xiàn)腐蝕并失效會直接影響核電站的安全運行，甚至?xí)：θ松戆踩蠊謬?yán)重，因此針對核電站不同環(huán)境的儲罐采取合理的防護手段十分重要，下面本文就核電站儲罐的腐蝕防護策略同大家一起探討。

1 核電站儲罐面臨的腐蝕問題

根據(jù)核電站的所在地理位置，核電站儲罐腐蝕主要分為兩類，一類是露天環(huán)境下儲罐遭受海洋大氣環(huán)境的腐蝕；另一類是儲罐儲存介質(zhì)的腐蝕，包括以下幾種：除鹽水、酸堿液及廢液介質(zhì)的腐蝕。下面本文結(jié)合核電站的實踐分別來討論以上介質(zhì)環(huán)境下核電站儲罐的腐蝕情況。

1.1 露天儲罐海洋大氣腐蝕

某核電站建造初期由于考慮不足，將PTR/TER/SEL/SER等儲罐處于露天環(huán)境，導(dǎo)致該類儲罐面臨嚴(yán)重的海洋大氣環(huán)境腐蝕，其罐底為發(fā)生腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)，包括罐體底部、支撐板及地腳螺栓與水泥基座結(jié)合部位等，這些部位往往會成為腐蝕發(fā)生的“突破口”。雨水中的氯離子會在地腳螺栓及底部等縫隙處聚集，盡管螺桿和底板有涂層防護，但聚集的氯離子及空氣中氧的共同作用下，防腐涂層很容易失去其保護效果，涂層失效后碳鋼螺栓及儲罐底板易發(fā)生腐蝕，甚至?xí)?dǎo)致螺栓腐蝕斷裂及底部腐蝕穿孔等嚴(yán)重問題。

1.2 核電站儲罐面臨的內(nèi)部腐蝕

1.2.1 除鹽水的腐蝕

核電站除鹽水儲罐主要為二回路供應(yīng)冷卻水及常規(guī)島泵和閥填料密封水，內(nèi)部介質(zhì)為來自SDA系統(tǒng)生產(chǎn)的除鹽水，其pH值為9。由于核電站二回路對除鹽水的水質(zhì)有嚴(yán)格的要求，普通環(huán)氧涂料往往難以滿足要求，容易造成二回路水質(zhì)中硫酸根濃度超標(biāo)，為了滿足這一要求該電站采用了國外某廠家生產(chǎn)改性環(huán)氧涂料，在滿足水質(zhì)需要的同時，又保證了碳鋼儲罐內(nèi)部不易發(fā)生腐蝕。由于防腐涂層兩側(cè)滲透壓不同，除鹽水滲透壓高于涂層內(nèi)部，導(dǎo)致水分子在高滲透壓作用下向涂層內(nèi)遷移，當(dāng)涂層內(nèi)水張力大于涂層附著力時就會造成涂層鼓泡，碳鋼基體在溶解氧的作用下發(fā)生腐蝕，但除鹽水中經(jīng)過化學(xué)水處理，水中雜質(zhì)離子濃度極低，碳鋼在除鹽水中發(fā)生腐蝕的速率很低，通常不會發(fā)生儲罐腐蝕穿孔等嚴(yán)重腐蝕問題，但值得注意的是涂層的脫落可能會造成設(shè)備的阻塞影響設(shè)備的正常運行，金屬基體的銹蝕可能會影響二回路水質(zhì)。

1.2.2 酸堿性介質(zhì)的腐蝕

在核電站的運行過程中除鹽水的生產(chǎn)系統(tǒng)及凝結(jié)水凈化和處理系統(tǒng)會使用一定量的酸堿。這些酸堿儲罐少數(shù)為玻璃鋼儲罐，其余大多都是碳鋼內(nèi)襯氯丁橡膠儲罐。常溫條件下堿液對氯丁橡膠的腐蝕性較低，碳鋼基體在堿性環(huán)境下不易發(fā)生腐蝕，電站檢修大綱會定期對儲罐內(nèi)部進行清理檢查，儲罐出現(xiàn)腐蝕穿孔失效的幾率較低。當(dāng)儲罐內(nèi)部儲存高濃度鹽酸時，由于鹽酸極易揮發(fā)產(chǎn)生氯化氫氣體，氯化氫氣在潮濕環(huán)境下體會加速氯丁橡膠老化。初期老化通常是自動氧化脫出HCl，分解比較慢，后一階段由于氧化分解產(chǎn)生氯化氫導(dǎo)致斷聚合物的分解雙重反應(yīng)，分解速度會加快，這一過程斷鏈占優(yōu)勢，斷裂的主鏈由于缺少可以再作用的雙鍵而不能相互結(jié)合，最后是高分子鏈變成分子碎片，從而使橡膠老化失去保護作用[1]。碳鋼基體在失去內(nèi)部襯膠保護后，鐵和鹽酸發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：Fe+2HCl=FeCl2+H2，氯化鐵易溶于水并水解產(chǎn)生鹽酸，故這一腐蝕反應(yīng)會非常迅速，一旦儲罐出現(xiàn)破損泄露的鹽酸產(chǎn)生大量鹽霧會對廠房內(nèi)其他設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕，如圖1。

圖1 某電廠儲酸罐襯膠破損罐子腐蝕穿孔

1.2.3 核電站廢液介質(zhì)環(huán)境的腐蝕

核電站SEL/TER系統(tǒng)儲罐用于收集來自常規(guī)島及核島的低放射性廢液，因廢液中含有較多的腐蝕性較強的介質(zhì)，腐蝕環(huán)境較惡劣，國內(nèi)大多核電站廢液罐都采用使用的是碳鋼材質(zhì)制成，內(nèi)部采用涂層防護，因廢液中含有大量穿透性較強的介質(zhì)，可穿透涂層到達金屬基體表面而使防腐層起泡，造成金屬與防腐層之間形成較小的縫隙，發(fā)生膜下腐蝕。罐壁的腐蝕易發(fā)生在氣液交替部位，液面上氧濃度高，液面下氧濃度逐漸降低，從而引起氧濃度差電池腐蝕，氧濃度高的部位充當(dāng)陰極，氧濃度低的部位充當(dāng)陽極。

核電廢液罐體積約五十多立方米，內(nèi)部存放放射性廢液。目前核電站都有廢液罐的內(nèi)部定期檢查及維修，人員進入罐體檢查前需穿戴氣衣，檢查的方法目前只是依靠目視，難以發(fā)現(xiàn)罐底及罐子中上部的腐蝕缺陷。

2 防護策略研究

2.1 合理選材

儲罐的合理選材至關(guān)重要，合理選材需滿足以下要求：（1）材質(zhì)滿足基本的力學(xué)性能；（2）材質(zhì)滿足所處的環(huán)境；（3）經(jīng)濟效益最佳。如除鹽水罐腐蝕環(huán)境相對較弱，優(yōu)質(zhì)的低合金鋼能滿足罐子的焊接及其他力學(xué)性能要求，采用涂層防護即可保證設(shè)備的正常運行，經(jīng)濟效益最佳。濃鹽酸環(huán)境中，單純使用不銹鋼及碳鋼材料都不耐腐蝕，同樣選用內(nèi)襯材料進行保護時，由于碳鋼的制造成本相對較低，可優(yōu)先選用。三氯化鐵儲罐因含有較高的氯離子與強氧化性Fe3+腐蝕性較強，可選用玻璃鋼罐，玻璃鋼以玻璃纖維為增強材料，以熱固性樹脂為基體的復(fù)合材料，能耐三氯化鐵的腐蝕。

2.2 選擇合理的防護措施

海洋大氣環(huán)境下的露天儲罐，罐子底板及地腳螺栓為易發(fā)生腐蝕的部位，采取傳統(tǒng)的涂層防護方法需經(jīng)常維修，保護效果不佳?？梢赃x擇新的防腐工藝進行防護，如使用粘彈體材料進行防護，目前粘彈體材料主要廣泛應(yīng)用在石油行業(yè)管道、閥門、法蘭及罐子底板防腐，粘彈體材料是一種永不固化的粘彈性聚合物，具有很好的附著力、流動性及阻水性，能有效的阻隔空氣中的氧氣與金屬基體接觸，從而起到防護作用。罐底裙邊使用的粘彈體材料有粘彈體防腐膠帶、防腐膏、法蘭防腐劑及玻璃纖維外護帶，防護效果較傳統(tǒng)的涂層防護好，但需注意其施工過程的質(zhì)量控制。罐子底部其他區(qū)域可以采取環(huán)氧加聚氨酯涂層防護，施工簡單，防腐效果較好。

對于酸、堿、海水等強腐蝕介質(zhì)的的環(huán)境中，一般設(shè)備均采用橡膠內(nèi)襯進行防護，合格的氯丁橡膠可以忍受苛刻的腐蝕環(huán)境。但是若橡膠內(nèi)襯損壞后，強腐蝕介質(zhì)直接作用在設(shè)備本體，在短時間內(nèi)造成設(shè)備的穿孔等嚴(yán)重腐蝕問題。所以在襯膠設(shè)備運行之前，必須進行嚴(yán)格的檢查，對有缺陷內(nèi)襯及時處理。

除鹽水、廢液及潤滑油罐可采用涂層防護，涂層防護需滿足如下幾個要求：（1）技術(shù)可靠，選用的涂層防腐性能好，水滲透性低，附著力強，滿足使用環(huán)境要求等；（2）經(jīng)濟合理，保證滿足防腐效果條件下，費用成本低；（3）能滿足現(xiàn)場施工設(shè)備及施工環(huán)境的要求。

2.3 加強防腐涂層的調(diào)研

核電廠大多儲油及儲水罐采用涂層防護，目前大多儲罐內(nèi)壁涂層都存在大量的鼓泡，近年來我國工業(yè)防腐涂料得到快速發(fā)展，涂料產(chǎn)品種類繁多，防腐性能也大大提高，需加強涂層調(diào)研，選擇適合出防腐性能更佳的新涂料。

2.4 采用新的檢測方法及定期維護

核電廠都制定了合理有效的防腐預(yù)防性檢查大綱，目前儲罐檢查只是依靠目測，難以發(fā)現(xiàn)隱蔽缺陷，可以調(diào)研引進先進的檢查儀器，如采用聲發(fā)射技術(shù)和超聲波技術(shù)進行儲罐的缺陷檢測及壁厚測量。借助儀器檢查能夠全面、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱蔽腐蝕缺陷。在檢查發(fā)現(xiàn)的設(shè)備涂層起皮、鼓泡及脫落等情況需及時維修，如暫無需維修需做好記錄以便下次檢查的跟蹤對比，采取襯膠防護的儲罐腐蝕環(huán)境強，需加強定期維護，發(fā)現(xiàn)襯膠缺陷及時進行維修并做好施工過程的質(zhì)量控制與維修記錄。

3 結(jié)束語

綜述所述，合理科學(xué)的腐蝕防護方法能經(jīng)濟有效的防止設(shè)備發(fā)生腐蝕，隨著技術(shù)的進步，越來越多的防腐技術(shù)和防腐材料應(yīng)用到設(shè)備中來，設(shè)備的防腐效果越來越好，相信未來儲罐的腐蝕問題也會得到更好的解決。

［1］李昂.橡膠的老化現(xiàn)象及其老化機理[J].特種橡膠制品,2009(05).

［2］史玉穎,等.煉油廠儲罐腐蝕檢查及防護措施[J].安全與環(huán)境工程,2014(05).

［3］劉松杰.長輸管道粘彈體防腐補口方法應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2014(03).

［4］唐洪艦,等.油庫油罐罐底腐蝕狀態(tài)分析及防腐對策[J].廣東化工,2006(05).