我國(guó)核電站預(yù)防性防腐蝕管理

但體純，劉 聰，黃紅科，劉永剛，唐 毅

(1.中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，武漢 430074；2.海南核電有限公司，昌江 572733)

自20世紀(jì)80年代，我國(guó)核電站開始建設(shè)并投入運(yùn)營(yíng)，截至2019年12月，在役、核準(zhǔn)及在建核電機(jī)組總數(shù)達(dá)到63臺(tái)。其中，在役核電機(jī)組47臺(tái)，總裝機(jī)容量約4 875萬(wàn)千瓦，核準(zhǔn)及在建核電機(jī)組16臺(tái)，總裝機(jī)容量約1 755萬(wàn)千瓦。我國(guó)核電站以壓水堆核電機(jī)組為主，金屬構(gòu)件腐蝕引起的設(shè)備失效是影響設(shè)備運(yùn)行可靠性的重要因素(設(shè)備材料腐蝕與防護(hù)屬于系統(tǒng)設(shè)備可靠性范疇[1])，并越來(lái)越受到核電機(jī)組運(yùn)營(yíng)方及核安全監(jiān)管當(dāng)局的重視。

與設(shè)備維修管理類似，核電站腐蝕管理分為預(yù)防性和糾正性兩種。預(yù)防性防腐蝕管理是指依據(jù)核安全法規(guī)、核安全導(dǎo)則和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從機(jī)組設(shè)計(jì)、投入商業(yè)運(yùn)行到退役期間，為控制或減緩設(shè)備和結(jié)構(gòu)腐蝕而開展的計(jì)劃性、主動(dòng)性腐蝕管理活動(dòng)的總和。廣義的預(yù)防性防腐蝕管理包括設(shè)備預(yù)防性維修中涉及部件腐蝕狀態(tài)檢查與評(píng)估相關(guān)活動(dòng)、運(yùn)行水化學(xué)控制評(píng)估及優(yōu)化活動(dòng)，如蒸汽發(fā)生器二次側(cè)視頻檢查及水力清洗、隱藏鹽返回評(píng)估等[2-3]。

1 預(yù)防性防腐蝕管理的早期歷程

我國(guó)核電站早期防腐蝕管理以糾正性防腐蝕管理為主。例如，大亞灣核電站曾出現(xiàn)凝汽器水室及海水進(jìn)水管腐蝕穿孔、輔助冷卻水系統(tǒng)過(guò)濾器內(nèi)襯破損導(dǎo)致殼體腐蝕破損，以及循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)反沖洗水管道腐蝕破損等較為嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。根據(jù)大亞灣核電站防腐蝕專業(yè)工作項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2001至2003年大亞灣核電站防腐蝕維修項(xiàng)目呈逐年上升的趨勢(shì)。早期，僅核島重要冷卻水系統(tǒng)(SEC)與腐蝕相關(guān)的糾正性維修工作票5 a內(nèi)累計(jì)達(dá)到657張。這些腐蝕問(wèn)題影響著核電機(jī)組系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

針對(duì)日益突出的腐蝕損傷及失效問(wèn)題，現(xiàn)行的糾正性防腐蝕管理活動(dòng)及部分預(yù)防性防腐蝕管理活動(dòng)缺乏系統(tǒng)性，大亞灣和嶺澳核電站運(yùn)營(yíng)方防腐蝕部門率先于2005年開始規(guī)范實(shí)施“預(yù)防性維修防腐蝕管理大綱”，并以此為標(biāo)志建立起預(yù)防性防腐蝕管理體系。在此之后，秦山一期、二期以及三期核電站借鑒大亞灣預(yù)防性防腐蝕管理的良好實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分別建立了設(shè)備預(yù)防性防腐蝕大綱，并通過(guò)單獨(dú)執(zhí)行或與預(yù)防性維修聯(lián)合執(zhí)行的防腐蝕檢查與修復(fù)項(xiàng)目，建立了核電站預(yù)防性防腐蝕管理體系。

2 預(yù)防性防腐蝕管理的最新進(jìn)展

2.1 國(guó)內(nèi)預(yù)防性防腐蝕管理的最新實(shí)踐

在核電技術(shù)支持單位的大力推動(dòng)和支持下，各主要核電基地及運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)陸續(xù)接受預(yù)防性防腐蝕管理的理念并不斷貫徹融入防腐蝕管理實(shí)踐中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中核集團(tuán)所屬某核電站編制了反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)等近60個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備預(yù)防性防腐蝕大綱，制定防腐蝕實(shí)施專項(xiàng)及其對(duì)應(yīng)的實(shí)施時(shí)機(jī)與周期，以及用于防腐蝕實(shí)施項(xiàng)目的具體規(guī)程，包括涂層外觀檢查程序、金屬基體腐蝕檢查程序、設(shè)備橡膠襯里檢查程序、設(shè)備襯膠施工及修復(fù)程序、金屬表面涂裝及涂層修復(fù)程序以及犧牲陽(yáng)極檢查程序等6項(xiàng)防腐蝕實(shí)施程序。寧德核電站在機(jī)組工程建設(shè)階段已建立針對(duì)30余個(gè)系統(tǒng)、構(gòu)筑物的預(yù)防性防腐蝕大綱和巡檢大綱，并編制了部分系統(tǒng)的防腐標(biāo)準(zhǔn)包、設(shè)備防腐蝕糾正性維修預(yù)案及防腐蝕管理導(dǎo)則。實(shí)施結(jié)果表明，該體系及方法在加強(qiáng)安裝期間寧德核電現(xiàn)場(chǎng)腐蝕敏感設(shè)備的防腐蝕管理中起到了較好的作用[5]。臺(tái)山核電站、紅沿河核電站甚至在工程建設(shè)階段就開始跟蹤設(shè)備的典型腐蝕問(wèn)題，并采取了針對(duì)性的防腐蝕改進(jìn)措施。

秦山三期核電站對(duì)既有設(shè)備防腐蝕大綱進(jìn)行升版優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上建立了以防腐蝕大綱為中心覆蓋全廠材料防腐蝕分級(jí)的管理體系[6]。該分級(jí)管理體系包括環(huán)境分類和腐蝕性分級(jí)、材料分類及耐蝕性評(píng)價(jià)、腐蝕與防護(hù)工作開展程度、防腐蝕大綱可執(zhí)行項(xiàng)目組織規(guī)劃等內(nèi)容，尤其將材料腐蝕管理等級(jí)細(xì)化為全面跟蹤(A級(jí)，執(zhí)行周期為1個(gè)大修周期)、重點(diǎn)關(guān)注并長(zhǎng)期監(jiān)督(B級(jí)，執(zhí)行周期為2個(gè)大修周期或金屬在役監(jiān)督周期)、定期關(guān)注并適當(dāng)監(jiān)督(C級(jí))以及按需求關(guān)注(D級(jí))4個(gè)等級(jí)。實(shí)踐證明，分級(jí)管理效果良好，2007至2016年期間，大綱年總執(zhí)行條目由1200余項(xiàng)逐步完善并合并為600余項(xiàng)，覆蓋了全廠所有材料的防腐蝕需求，同時(shí)有效集中了資源，完成了材料防腐蝕重點(diǎn)工作并保證了涂層(含涂裝工藝)、陰極保護(hù)、選材等防腐蝕措施的預(yù)期有效性。

2.2 預(yù)防性防腐蝕管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

核電站設(shè)備維修、在役檢查管理可依據(jù)核安全法規(guī)、技術(shù)導(dǎo)則及相應(yīng)技術(shù)規(guī)范(如ASME規(guī)范)執(zhí)行，而預(yù)防性防腐蝕管理并無(wú)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或?qū)t可遵循，早期防腐蝕管理主要參考常規(guī)電力、化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及美國(guó)電力研究院(EPRI)、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)提出的技術(shù)導(dǎo)則開展各項(xiàng)防腐蝕管理活動(dòng)。隨著防腐蝕管理實(shí)踐的不斷深入，核能行業(yè)相關(guān)機(jī)構(gòu)向國(guó)家有關(guān)部門提出并組織編制了專門針對(duì)核電站預(yù)防性防腐蝕管理的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 25314-2010《核電廠機(jī)械設(shè)備腐蝕管理大綱內(nèi)容要求》，GB/T 31404-2015《核電站海水循環(huán)系統(tǒng)防腐蝕作業(yè)技術(shù)規(guī)范》，NB/T 20221-2013《壓水堆核電廠二回路熱力設(shè)備腐蝕檢查》，NB/T 25032-2014《核電廠二回路壓力容器停用保養(yǎng)導(dǎo)則》，NB/T 20133-2012《壓水堆核電廠設(shè)施設(shè)備防護(hù)涂層規(guī)范》，NB/T 20543-2019《核電廠腐蝕管理導(dǎo)則》。從這些標(biāo)準(zhǔn)的名稱及主要內(nèi)容可以看出，預(yù)防性防腐蝕管理專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是在近十年內(nèi)逐漸建立并得到完善的。這些標(biāo)準(zhǔn)從防腐蝕大綱內(nèi)容要求、腐蝕敏感關(guān)鍵設(shè)備篩選分級(jí)以及腐蝕狀態(tài)檢查與保養(yǎng)監(jiān)督評(píng)估等方面作出了明確規(guī)定(推薦性)，有力推動(dòng)了核電站預(yù)防性防腐蝕管理活動(dòng)的規(guī)范化并切實(shí)提升了防腐蝕工藝與質(zhì)量控制技術(shù)水平。但目前對(duì)于核電設(shè)備防腐蝕設(shè)計(jì)及工藝技術(shù)還缺乏相關(guān)規(guī)范，不利于推動(dòng)預(yù)防性防腐蝕管理活動(dòng)在核電工程設(shè)計(jì)階段的規(guī)范化控制。

3 體系建立中應(yīng)注意的問(wèn)題

核電站運(yùn)行階段預(yù)防性防腐蝕管理體系的建立以防腐蝕大綱編制及相應(yīng)執(zhí)行程序文件體系的建立為標(biāo)志，而且應(yīng)緊緊圍繞設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)對(duì)該體系不斷進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，并對(duì)防腐蝕實(shí)施項(xiàng)目及執(zhí)行規(guī)程進(jìn)行調(diào)整。

3.1 預(yù)防性防腐蝕大綱與其他大綱的關(guān)聯(lián)性

為明確各個(gè)大綱規(guī)定的范圍及側(cè)重點(diǎn)，建立的預(yù)防性防腐蝕大綱應(yīng)與在役檢查大綱、金屬監(jiān)督大綱、預(yù)防性維修大綱具有良好匹配關(guān)系，并梳理出這4個(gè)大綱文件的管理范圍及側(cè)重點(diǎn)。圖1為預(yù)防性防腐蝕大綱與其他大綱的關(guān)系，表1匯總了預(yù)防性防腐蝕大綱與其他大綱的差異。

圖1 預(yù)防性防腐蝕大綱與其他大綱的關(guān)系

表1 預(yù)防性防腐蝕大綱與其他大綱差異性分析

以某電廠反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)(RCP)為例，其反應(yīng)堆壓力容器(RPV)、蒸汽發(fā)生器(SG)、穩(wěn)壓器、主管道等關(guān)鍵設(shè)備的內(nèi)外部防腐蝕狀態(tài)可通過(guò)在役檢查大綱、預(yù)防性維修大綱來(lái)管控，但針對(duì)設(shè)備支撐的腐蝕檢查及防腐蝕處理，預(yù)防性維修大綱未涉及或其管理范圍未能將最新防腐蝕先進(jìn)實(shí)踐反映出來(lái)，因此需要另行編制預(yù)防性防腐蝕大綱及實(shí)施程序來(lái)進(jìn)行管控。又例如，某核電廠高壓加熱系統(tǒng)預(yù)防性防腐蝕系統(tǒng)分大綱中，其預(yù)防性防腐蝕項(xiàng)目共計(jì)34項(xiàng)，其中30項(xiàng)為例行維修或防腐蝕檢查中發(fā)現(xiàn)的需要進(jìn)行防腐蝕的項(xiàng)目，其余4項(xiàng)為國(guó)際、國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明需要進(jìn)行防腐蝕的項(xiàng)目。

3.2 設(shè)備腐蝕狀態(tài)檢查結(jié)果在防腐蝕實(shí)施項(xiàng)目中的應(yīng)用

根據(jù)已建立的設(shè)備預(yù)防性防腐蝕管理體系[7]，在防腐蝕大綱系統(tǒng)分大綱的編制過(guò)程中，應(yīng)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及其腐蝕狀況，通過(guò)防腐蝕措施更替或修復(fù)措施使設(shè)備防腐蝕措施的整體性能參數(shù)不降低或至少達(dá)到原同等水平，不至于影響其預(yù)期功能甚至影響整個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)的預(yù)期功能。在制定針對(duì)單個(gè)具體設(shè)備的預(yù)防性防腐蝕實(shí)施項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備防腐蝕措施使用或操作說(shuō)明書確定防腐蝕措施的固有壽命周期。根據(jù)設(shè)備重要性確定在其固有壽命周期內(nèi)設(shè)備預(yù)防性防腐蝕檢查或修復(fù)的次數(shù)，重視設(shè)備防腐蝕狀態(tài)變化的根本原因分析，審慎確定當(dāng)前防腐蝕狀態(tài)影響防腐蝕項(xiàng)目實(shí)施周期的定量化判據(jù)。

某核電機(jī)組某次大修共計(jì)完成的71項(xiàng)防腐蝕檢查，主要包括襯膠破損、襯膠鼓泡、部件穿孔、裸金屬海水腐蝕、涂層脫落、縫隙腐蝕、犧牲陽(yáng)極脫落等，防腐蝕問(wèn)題類別對(duì)應(yīng)的腐蝕問(wèn)題事件數(shù)量如圖2所示。從圖2中可以看出，裸金屬海水腐蝕在所有腐蝕問(wèn)題事件中占比最大，這些腐蝕問(wèn)題可能與管道選材、防腐蝕措施選用不當(dāng)有較大關(guān)系，而襯膠破損、涂層脫落等更多與襯膠、涂裝工藝與表面預(yù)處理有關(guān)，這些問(wèn)題應(yīng)在防腐處理實(shí)施工藝控制(含人員資質(zhì)及施工質(zhì)量過(guò)程控制)規(guī)程中予以更多關(guān)注。

圖2 某核電機(jī)組大修期間防腐蝕問(wèn)題類別及對(duì)應(yīng)事件數(shù)量

對(duì)于腐蝕、磨損等隨時(shí)間逐漸變化的因素，應(yīng)在設(shè)備檢修后連續(xù)兩個(gè)周期內(nèi)，核查是否因同樣原因?qū)е戮S修過(guò)程出現(xiàn)不滿意的情況，或進(jìn)行糾正性維修。如果出現(xiàn)同樣原因?qū)е戮S修過(guò)程出現(xiàn)不滿意的情況，則依據(jù)具體結(jié)果采用差值法推算周期延長(zhǎng)半年后的情況，若情況可接受，則據(jù)此可確定出新的防腐蝕實(shí)施項(xiàng)目執(zhí)行周期。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)核電站防腐蝕管理經(jīng)歷了由糾正性向預(yù)防性轉(zhuǎn)變、由機(jī)組在役運(yùn)行階段擴(kuò)展至工程建設(shè)階段的過(guò)程，并在主要核電站建立了以預(yù)防性防腐蝕大綱為中心覆蓋全廠設(shè)備材料防腐蝕分級(jí)的管理體系。根據(jù)核電站防腐蝕管理最新實(shí)踐初步建立了防腐蝕管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。預(yù)防性防腐蝕大綱匹配其他維修運(yùn)行技術(shù)程序?qū)嵤┓栏g措施管理，并強(qiáng)調(diào)將設(shè)備防腐蝕狀態(tài)檢查結(jié)果應(yīng)用于預(yù)防性防腐蝕實(shí)施項(xiàng)目制定時(shí)，應(yīng)注重分析防腐蝕措施失效的根本原因、驗(yàn)證防腐蝕工藝措施固有壽命周期結(jié)果等。