電廠重要廠系統(tǒng)腐蝕現(xiàn)狀與防護策略

□盧裕夫 王麗娜 劉 聰 吳多榮

一、概述

海南核電廠地處南海之濱，常年高溫所在區(qū)域海水pH值偏堿性，一般在8.3左右，溶解氧5mg/L[1]左右，氯離子及其它鹵素離子含量高，溶液是強電解質，腐蝕性強；系統(tǒng)設備極易發(fā)生腐蝕。SEC系統(tǒng)是重要廠系統(tǒng)，與核安全相關。海南核電SEC系統(tǒng)運行4年之久，共發(fā)生100多處腐蝕缺陷，最嚴重一次SEC壓差管發(fā)生腐蝕斷裂跑水。SEC系統(tǒng)產(chǎn)生的腐蝕缺陷基本上都集中在SEC泵坑。SEC系統(tǒng)主要由SEC管道、SEC泵、閥門及過濾器等組成。這些管道及設備所選用的材料不同、管道尺寸也不一樣、結構連接比較復雜。內部有腐蝕性較強的海水，外部處在海洋大氣環(huán)境下，腐蝕損壞問題比較突出，隨著電站運行時間的延長，腐蝕問題日趨嚴重。為了保護管道內外部免遭腐蝕，提高機組運行的安全性，延長設備的使用壽命，對管道進行全面檢查，并制定措施，以防止設備管道發(fā)生腐蝕穿孔。

二、腐蝕現(xiàn)狀

重要廠用水系統(tǒng)主要由SEC泵、管道、貝類補集器、閥門組成，內部介質為海水SEC泵的的泵體、葉輪等材質主要為不銹鋼組成。貝類補集器的外殼材質為P335GH，內部襯膠，SEC管道材質為P265GH，內部襯膠及重型環(huán)氧涂料外加電流陰極保護。

通過檢查，腐蝕最嚴重的是SEC泵坑格柵下的暗渠聯(lián)通管。通過對SEC系統(tǒng)全面排查，目前排查出33處腐蝕缺陷，其中閥門、法蘭占33%，管道類占21%，泵和過濾器類占3%，其他類占43%。

三、腐蝕類型、失效分析及防腐措施

根據(jù)管道及設備所選用的材質、失效類型、腐蝕形貌對SEC系統(tǒng)的腐蝕進行分類，腐蝕類型主要分為三類:第一類是碳鋼材質的銹蝕，第二類是不銹鋼材質的銹蝕，第三類是異種金屬的連接導致的電偶腐蝕。

(一)碳鋼材質的腐蝕。在核電廠的SEC系統(tǒng)上，從成本上考慮，絕大多數(shù)的管道及閥門選用了碳鋼材質，普遍采用碳鋼加內襯技術，包括襯橡膠、襯塑料和重防腐涂層。其中使用涂料防護是電廠最常用的防腐方式，然而涂料的性能及涂裝效果也有所差異，在涂裝過程很容易出現(xiàn)流掛、脫落、老化等質量問題。碳鋼在海水環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕，涂層一旦失效，腐蝕問題隨之出現(xiàn)，特別是局部腐蝕。腐蝕的位置主要集中在焊縫及熱影響區(qū)、管道及閥門連接處以及一些縫隙的位置，其腐蝕特征是碳鋼表面的涂層局部失效，慢慢形成一些腐蝕坑，腐蝕位置的金屬變得疏松，周圍覆蓋潮濕的淤泥和銹水混雜物；腐蝕由內向外緩慢發(fā)展，最終的結果是腐蝕穿孔，穿孔前很難發(fā)現(xiàn)，危害極大，嚴重影響機組的安全穩(wěn)定運行，必須引起足夠的重視。

(二)不銹鋼材質的腐蝕。核電廠海水系統(tǒng)環(huán)境較為特殊，特別是海水制氯系統(tǒng)對海水進行處理，如在海水中加入次氯酸鈉來抑制海生物的生長，無形中造成Cl-的含量的升高。管道內外部都要與海水接觸并且有污染物黏附在管壁上，很多管道海水處于靜止狀態(tài)，氯離子及其它鹽類離子在管壁上富集，導致不銹鋼管道經(jīng)常腐蝕穿孔。就腐蝕模式來看，不銹鋼海水管道主要是點蝕，往往伴隨著晶間腐蝕。

(三)電偶腐蝕。在排查過程中，發(fā)現(xiàn)存在選材不當而存在電偶腐蝕的現(xiàn)象，如法蘭為不銹鋼材質，母管連接小支管為碳鋼；或者法蘭為不銹鋼材質而連接的螺栓為碳鋼材質，由于不銹鋼材質電位較正，而碳鋼材質電位較負。異種金屬的連接就存在一個電位差，且沒有良好的絕緣，管道里面是海水介質，SEC泵坑又處于潮濕的環(huán)境中，形成一個閉合的回路。進而發(fā)生大陰極，小陽極的情況，碳鋼材質的小支管或者螺栓作為陽極不斷被腐蝕。

(四)防腐措施。

1.從源頭上控制腐蝕環(huán)境。針對SEC聯(lián)通渠管道及相關法蘭的防腐。在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)，聯(lián)通渠管道長期浸泡在海水環(huán)境中，導致設備涂層鼓泡或者脫落，進而發(fā)生銹蝕的情況。建議通過技改增加排水泵，并設置好，當水位沒過管道時，排水泵自動排水。并設置巡檢點，及時跟蹤反饋處理，留好記錄便于后續(xù)跟蹤。

2.合理防腐設計。如果選用的材料耐蝕等級不夠，就會發(fā)生點蝕、晶間腐蝕等腐蝕缺陷；如果連接處選材不當，存在異種金屬的連接就容易形成電偶腐蝕缺陷。所以選材一定要結合服役的環(huán)境，充分考慮材料的性能與經(jīng)濟性，借鑒同行電廠的經(jīng)驗，只有這樣才能很好地避免因為選材不當后期造成的腐蝕問題。昌江電廠的海水含沙量較少，重要廠用水系統(tǒng)外徑為711mm的碳鋼管道、壁厚為7.92mm，而在秦山二擴工程中的壁厚為14mm[2]。設計時有必要考慮其他次要因素造成的腐蝕，保證適當?shù)母g余量，在不影響力學性能的前提下，適當增加管線的壁厚。對于小支管、彎頭以及一些連接部件應選擇材質較好的材料，但要充分考慮相連部件間的電位差在合理的范圍。設計時充分考慮結構的幾何形狀，要便于后續(xù)的維修、保養(yǎng)，最好具有可達性。減少縫隙以及死角的存在避免水分的匯集造成易腐蝕環(huán)境而造成腐蝕。

3.SEC系統(tǒng)設備及管道的保護。SEC系統(tǒng)設備及管道的外表面采用涂料防護，涂層本身的局限性以及在施工過程出現(xiàn)的質量問題，加之腐蝕環(huán)境惡劣，極易造成設備的腐蝕問題。從SEC系統(tǒng)排查結果來看，設備外表面腐蝕占絕大多數(shù)，例如SEC暗渠母管和小支管，小支管外表面涂層起皺脫落，導致小支管外表面不斷腐蝕減薄的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的油漆，如焦油300效果不理想。對于母管防腐，可以使用同行電廠反饋效果較好的interseal 670+interzone954系列油漆；對于小支管，涂刷環(huán)氧樹脂并纏繞玻璃鋼絲布，并保證一定的厚度；對于銹蝕的陰極保護法蘭表面、不常拆卸的緊固件可以使用包覆性防腐材料，比較徹底地隔絕外部環(huán)境，效果非常好，建議大規(guī)模使用。

四、防腐工作的建議

(一)足夠重視。SEC系統(tǒng)屬于核安全系統(tǒng)，必須引起足夠的重視。在策略上，以預防性為主，建議對應的防腐大綱，并生成相應的PM檢查項目，每年自動觸發(fā)主動檢查。日常巡檢和糾正性行動管理并行，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

(二)深化管理。根據(jù)國內外的狀態(tài)報告、腐蝕事件、腐蝕環(huán)境、腐蝕產(chǎn)生后果的嚴重程度做出對應的分級管理，有針對性計劃地觸發(fā)檢查周期和巡檢周期，將被動管理轉化為主動管理。

(三)建立一支成熟有經(jīng)驗的防腐技術隊伍和外部專家支持網(wǎng)絡，加強和同行電廠保持溝通交流，借鑒彼此的良好實踐。加強同行電廠運行過程發(fā)生重大腐蝕問題的積累，因為很多腐蝕問題具有普遍性，在發(fā)生腐蝕問題時才能快速找到原因并及時制定出解決方案。

(四)注重細節(jié)。針對不同設備、部位的材料腐蝕失效形式，具體問題具體分析，進行腐蝕機理研究，從結構設計、材料選擇、防腐手段等方面采取綜合治理措施，延長材料使用壽命。

五、結語

由于昌江核電廠所處的腐蝕環(huán)境加之設備管道大量碳鋼材質的應用決定了防腐工作是一項長期的系統(tǒng)工程，腐蝕問題涉及多個學科，必須多個專業(yè)互相配合。每個專業(yè)多獻計獻策，爭取從源頭上解決腐蝕問題。目前主要的防腐方式有選材合理、防腐結構設計的優(yōu)化、防腐層的應用和采取陰極保護。多結合現(xiàn)場，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行選擇，不斷積累經(jīng)驗、注重經(jīng)驗反饋，采取有效措施控制腐蝕速度，才能最大限度保證系統(tǒng)的正常運行，為機組的安全穩(wěn)定運行做出應有的貢獻。