某核電項目SEC海水管道防腐技術(shù)研究

李利娟　肖贊

摘 要：文章結(jié)合華南某核電項目，討論了不同防腐措施在SEC管道防腐設(shè)計中的綜合應(yīng)用，不僅對各防腐措施的原理進行了分析，更對后續(xù)核電項目SEC管道的防腐措施選擇提出了自己的建議。

關(guān)鍵詞：SEC管道；腐蝕；陰極保護

1 SEC系統(tǒng)介紹

SEC系統(tǒng)，在核電運行系統(tǒng)中，全稱為重要廠用水系統(tǒng)（有的稱為安全廠用水系統(tǒng)），其功能是在正常運行和事故工況下把從安全有關(guān)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和部件傳來的熱量輸送到最終熱阱——海水。系統(tǒng)主要包括SEC泵、貝類捕集器、各種閥門和管道，用海水來冷卻RRI系統(tǒng)的RRI/SEC板式熱交換器。其中SEC泵入口到RRI/SEC板式換熱器出口之間為鋼質(zhì)管道，其余為混凝土管道。文章只對鋼質(zhì)管道的防腐措施進行研究分析。

2 SEC管道防腐措施分析

海水作為冷卻水源的優(yōu)點是取之不盡，用之不竭，但海水含鹽量相當高，具有高腐蝕性。長時間的腐蝕，會導(dǎo)致金屬管壁厚度減薄，降低了管道的承壓能力；管道銹蝕穿孔時，導(dǎo)致介質(zhì)外流，造成污染；嚴重銹蝕系統(tǒng)會造成閥門、水泵、減壓閥等過水設(shè)施出現(xiàn)渣滓沉積卡堵，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運行，會對核電站產(chǎn)生不利影響。所以，選擇合理有效的防腐措施是很有必要的。目前來說，核電站防止或減少腐蝕的手段主要有選擇耐蝕材料、增加防腐層、陰極保護等電化學(xué)防護措施。

2.1 SEC管道材質(zhì)的選擇

在現(xiàn)有濱海核電站，SEC管道材質(zhì)有不銹鋼管道、碳鋼加內(nèi)襯（襯涂層、襯橡膠、襯塑料、襯水泥砂漿）管道以及對強度要求不高的樹脂管道。

現(xiàn)有核電廠大部分SEC系統(tǒng)的反沖洗管道材質(zhì)均為奧氏體不銹鋼，運行實踐已經(jīng)證明奧氏體不銹鋼不適用于海水環(huán)境。隨著鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，使用耐氯離子腐蝕的雙相不銹鋼已成為現(xiàn)實。比如在田灣核電站的設(shè)計中，其核島重要廠用水系統(tǒng)就采用了2507雙相不銹鋼來輸送海水，相關(guān)運行數(shù)據(jù)表明運行良好。除選擇雙相鋼外，也可以選用較耐海水腐蝕的低合金鋼10CrMoAl。如秦山二期整個SEC系統(tǒng)管道材質(zhì)選用的就是低合金鋼10CrMoAl。

采用浸塑工藝的鋼塑復(fù)合管也是個不錯的選擇。目前秦山二期項目已用浸塑鋼管對SEC系統(tǒng)的不銹鋼反沖洗管線進行了更換，運行效果明顯。

考慮海水系統(tǒng)環(huán)境溫度壓力不太高，有些環(huán)境可選用玻璃鋼管和樹脂管，但玻璃鋼管和樹脂管耐老化性比較差，一旦出現(xiàn)破口往往是大型破裂，后果嚴重。

上述選材要么成本高昂，要么不能滿足運行要求，最經(jīng)濟有效的解決辦法是盡量選用用碳鋼加內(nèi)襯的管道，只要內(nèi)襯不破損，就不會發(fā)生腐蝕問題。

核電站用得最多內(nèi)襯材料有橡膠、塑料、重防腐涂層和水泥砂漿，其中橡膠用得最多，適用于管道、閥門閥體、過濾器殼體、換熱器水室等設(shè)備或部件，但不能用在內(nèi)外都接觸海水的環(huán)境中。橡膠和塑料襯里的正常使用壽命在10年以上，但在核電站40年的壽期內(nèi)，襯膠和襯塑管道仍要進行幾次更換。防腐涂層一般和陰極保護聯(lián)合使用，而不單獨使用。水泥砂漿襯里管道由于造價高，只在核安全要求特別嚴格且有抗地震要求場合才使用。

2.2 SEC管道外壁防腐措施

濱海大氣濕度相對較大，潮氣中鹽分含量高，管道外壁必須要采取有效的防腐措施。對于防止海洋大氣腐蝕，SEC管道與核電站其他碳鋼管道類似，外表面均采用噴砂涂漆的方法。涂漆保護的管道和支架根據(jù)所在區(qū)域環(huán)境條件而采用不同的涂層系統(tǒng)，涂層系統(tǒng)根據(jù)以下幾個方面進行分類：（1）涂層所處的位置，例如：反應(yīng)堆廠房、核區(qū)（除反應(yīng)堆廠房外）、非核區(qū)；（2）涂層所處環(huán)境條件，例如：室內(nèi)大氣環(huán)境、露天海洋性氣候；（3）涂層所涂覆設(shè)備的運行條件，例如：溫度、是否包保溫材料等；（4）基底材料的性質(zhì)，例如：鋼鐵、鍍鋅等；（5）涂料檢驗頻率等。

《SEC系統(tǒng)管道陰極保護技術(shù)要求》中規(guī)定：對碳鋼管道外壁及碳鋼支吊架應(yīng)采用重防腐涂層的方法進行保護。在GA廊道內(nèi)采用重防腐涂層應(yīng)滿足企標《核島機械設(shè)備涂裝通用技術(shù)條件》中PEC200Ⅱ涂層系統(tǒng)的要求。在核島廠房內(nèi)采用的重防腐涂層應(yīng)滿足《核島機械設(shè)備涂裝通用技術(shù)條件》中PID100Ⅰ涂層系統(tǒng)的要求，涂層厚度最好在240μm以上。

2.3 SEC管道內(nèi)壁的襯膠和陰極保護

金屬的腐蝕是一陽極過程。因此，預(yù)防金屬腐蝕的第三大對策就是將金屬置于陰極，即陰極保護法。陰極保護的原理是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位。此種方法要求管道內(nèi)介質(zhì)的電導(dǎo)率較高，因此多用于海水或苦咸水系統(tǒng)。有兩種辦法可以實現(xiàn)這一目的，即犧牲陽極保護法和外加電流保護法。

犧牲陽極保護法是將被保護金屬和一種電位更負的金屬或合金（即犧牲陽極）相連，使被保護體陰極極化以降低腐蝕速率的方法，適用于短距離、小口徑、分散的管道。

在某核電項目中，核島廠房溢流堰之前的SEC管道，由于單根管線較短（約20米），采用犧牲陽極陰極保護和重防腐涂層的聯(lián)合保護方法。敷設(shè)在PX泵房的SEC連通管、吸水管、GA廊道和核島廠房貝類捕集器之前的SEC管道，由于單條管線較長（約450m），采用了外加電流陰極保護和重防腐涂層的聯(lián)合防護方法，每條SEC管道采用一套保護系統(tǒng)。與SEC主管道相連的3寸及以上管徑的碳鋼管道，也要內(nèi)涂重防腐涂層，與SEC主管道一起作為陰極保護的對象。對于20寸以下的管道，由于管道過細無法進行刮涂防腐涂層，在施工中應(yīng)采用刷涂方式，但采用的涂層系列應(yīng)為粘度較小的ZF-101T系列。SEC主管道設(shè)有若干1米長的法蘭短管，便于電站運行過程中的防腐檢查與維護。

外加電流陰極保護系統(tǒng)由恒電位儀、輔助陽極、參比電極、電纜、接線箱等組成。每套陰極保護系統(tǒng)設(shè)一臺恒電位儀，恒電位儀設(shè)在PX泵房內(nèi)，作為外部電源。輔助陽極采用鉑/鈮復(fù)合陽極，用以提供保護電子。參比電極采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)Ag/AgCl，用于電位測量和為恒電位儀提供參比信號，恒電位儀根據(jù)信號自動調(diào)整保護電流。

從NX房間貝類捕集器至RRI板式熱交換器之間的管道，包括一部分貝類捕集器的入口管和板式換熱器的出口管，以及PX泵房SEC泵出入口管，采用碳鋼管道內(nèi)襯氯丁橡膠防護（管道襯膠技術(shù)條件見企標《EM4.2直徑大于2"管道及相關(guān)吊架安裝》的附錄B）。因為該部分管道走向復(fù)雜，采用外加電流陰極保護較困難（彎頭是陰極保護的薄弱環(huán)節(jié)）。而且陰極保護用的重防腐涂層在電站長時間運行后有局部脫落的危險，脫落的涂層碎片容易將板式換熱器堵塞。但內(nèi)襯的氯丁橡膠也存在老化問題，在核電40年壽期內(nèi)需幾次更換管道，再加上襯膠管道在襯膠之后不允許進行焊接操作，故而該部分管道設(shè)計為法蘭連接。碳鋼管道襯膠防腐的造價較低，但對施工精度要求較高，要保證襯里嚴密接觸。由于襯膠需在場外進行，需要進行預(yù)制——預(yù)安裝——拆除、倒運——場外襯膠——二次安裝，現(xiàn)場預(yù)留孔口和運輸通道空間有限，工序復(fù)雜，施工難度較大，對施工進度會有一定影響。

3 結(jié)束語

綜上所述，SEC管道控制腐蝕行之有效的方法不外乎以下三種：選擇耐腐蝕材料、使用有效的防腐涂層、采用電化學(xué)保護（如陰極保護）。三種方法配合使用，才能達到良好的保護效果。在保證防腐效果的同時，也應(yīng)考慮每種措施的經(jīng)濟性與施工難易程度，綜合運用。

參考文獻

[1]秦山地區(qū)核電廠海水系統(tǒng)管道防腐對策研究[C].上海交通大學(xué)優(yōu)秀碩博論文集.

[2]某工程公司企標.Q-CNPE.J102.4-2009.核島機械設(shè)備涂裝通用技術(shù)條件[S].

[3]某核電項目技術(shù)規(guī)格書.0738G0011.SEC系統(tǒng)管道陰極保護技術(shù)要求[S].

作者簡介：李利娟（1984-），女，河南人，工程師，碩士，現(xiàn)主要從事核電工藝管道、支架布置設(shè)計工作。