秦山核電廠海水管道內(nèi)壁陰極保護(hù)系統(tǒng)有效性評價(jià)

趙衛(wèi)東，周 澄，劉洪群，吳昉赟，張 維

(1.中核核電運(yùn)行管理公司，浙江 海鹽 314300;2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

秦山核電廠是我國自行設(shè)計(jì)建造的第一座30萬kW核電廠，位于杭州灣北岸，它的發(fā)電廠用海水為冷卻介質(zhì)，海水的引水和排水管道是A3碳鋼管。海水幾乎含有地球上所有的元素，是一種成分很復(fù)雜的天然電解質(zhì)，其較強(qiáng)的腐蝕性會(huì)對核電廠系統(tǒng)中的金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕[1-2]。杭州灣海水水質(zhì)屬近岸海水，pH值為7.9～8.4，氯離子濃度平均為7000 ppm，電阻率約為80 Ω·cm，含砂量為3～4 kg/m3，懸砂粒徑平均為0.02 mm。海水系統(tǒng)管道內(nèi)海水的流速約為3.5 m/s[3]。

為了保證秦山核電廠海水的正常供應(yīng)和排放，秦山核電廠設(shè)計(jì)有“廠區(qū)二回路海水管道內(nèi)壁陰極保護(hù)系統(tǒng)”，對大口徑海水管道(φ1420 mm×14 mm、φ1600 mm×14 mm、φ2600 mm×20 mm，直徑×壁厚)采用水泥砂漿襯里和外加電流陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù)方法[4]，輔助陽極選擇鍍鉑鈦陽極，陰極保護(hù)電位范圍為-0.80～-1.10 V(相對于Ag/AgCl參比電極)。為了檢查海水管道內(nèi)壁陰極保護(hù)系統(tǒng)的效果，上海冶金研究所在設(shè)計(jì)陰極保護(hù)方案時(shí)，在一條進(jìn)水管上設(shè)置了17號檢查井，在一條排水管上設(shè)置了18號檢查井。檢查井中懸掛有與管道連通的試片(通電狀態(tài))、與管道絕緣的試片(不通電狀態(tài))以及用來監(jiān)測試片電位的Ag/AgCl參比電極。本文通過對懸掛2.4 a后取出的掛片試樣的宏觀腐蝕形貌和腐蝕速率的研究，比較了兩種試片的腐蝕程度，對秦山核電廠海水管道內(nèi)壁陰極保護(hù)系統(tǒng)的效果做出了評價(jià)。

1 試驗(yàn)

試片材質(zhì)為A3鋼，與管道材質(zhì)相同，尺寸如圖1所示。試片不做涂裝處理，表面及側(cè)面經(jīng)1000號細(xì)砂紙打磨并用丙酮和酒精除油、清洗、干燥后，用精度為0.1 mg的分析天平稱重，然后放置在兩個(gè)檢查井中，2.4 a后取出，去除試片表面的腐蝕產(chǎn)物后對其進(jìn)行稱重、宏觀形貌觀察以及腐蝕孔深度的測量，并對照表1中的標(biāo)準(zhǔn)對其耐蝕性進(jìn)行評價(jià)。

圖1 試片的外形尺寸(厚度：5 mm)Fig.1 External dimensions of the test piece(thickness:5 mm)

表1 金屬耐蝕性十級標(biāo)準(zhǔn)[5]Table 1 Ten-level standards of metal corrosion resistance[5]

按公式(1)計(jì)算評價(jià)試片的孔蝕程度：

P=D/d

(1)

式中，P——孔蝕系數(shù)；

D——試片最大孔蝕深度，mm；

d——按均勻腐蝕計(jì)算的試片平均腐蝕深度，mm。

2 驗(yàn)證和評價(jià)

在17號檢查井中掛設(shè)2.4 a后的不同狀態(tài)下的A3鋼試片的宏觀腐蝕形貌如圖2所示，可以看出：(a)試片在裸露+不通電狀態(tài)下腐蝕嚴(yán)重，有一角已經(jīng)被腐蝕掉，且表面有細(xì)斑；(b)試片在外加保護(hù)電流通電狀態(tài)下的表面接近原始表面，沒有發(fā)生明顯腐蝕。

圖2 17號檢查井中不同狀態(tài)下A3鋼試片2.4 a后的表面宏觀形貌(a)裸露+不通電；(b)裸露+通電Fig.2 The macro surface morphology of the A3 steel test piece under different conditions in the 17# inspection well after 2.4 years(a)Bare + poweroff；(b)Bare + power on

在18號檢查井中掛設(shè)2.4 a后的不同狀態(tài)下的A3鋼試片的宏觀腐蝕形貌如圖3所示，可以看出，兩種試片表面均有深淺不一的凹坑和細(xì)斑點(diǎn)，但裸露+不通電狀態(tài)下的試片邊緣有被腐蝕掉，情況較嚴(yán)重。

圖3 18號檢查井中不同狀態(tài)下A3鋼試片2.4 a后的表面宏觀形貌(a)裸露+不通電；(b)裸露+通電Fig.3 The macro surface morphology of the A3 steel test piece under different conditions in the 18# inspection well after 2.4 years(a)Bare + poweroff;(b)Bare + power on

表2列出了裸露的A3鋼試片懸掛2.4 a后的腐蝕數(shù)據(jù)，結(jié)合圖4可以看出，試片的均勻腐蝕速率均達(dá)到均勻腐蝕評定十級標(biāo)準(zhǔn)的尚耐蝕級或尚耐蝕級以上，但存在一定孔蝕傾向。17號檢查井被通電保護(hù)試片的均勻腐蝕速率很低，達(dá)到很耐蝕級，但18號檢查井中的試片均勻腐蝕速率均只有尚耐蝕級，主要原因是該處沒有達(dá)到保護(hù)電位。

圖4 不同狀態(tài)下A3鋼試片海水腐蝕結(jié)果(a)腐蝕速率;(b)最大腐蝕深度Fig.4 Seawater corrosion results of the A3 steel test piece under different conditionsa)Corrosion rate;b)Maximum corrosion depth

表2 A3鋼試片的腐蝕數(shù)據(jù)Table 2 Corrosion data of the A3 steel test piece

3 結(jié)論

1)海水對裸露沒有被保護(hù)的A3鋼有很強(qiáng)的腐蝕性，平均腐蝕速率可達(dá)0.35 mm/a，也有一定程度的孔蝕傾向；

2)秦山核電廠海水管道內(nèi)壁陰極保護(hù)系統(tǒng)是有效的，通過外加電流的保護(hù)方法可極大地降低A3鋼海水管道的均勻腐蝕速率，大大地延長海水管道的壽命。