某核電CFI循環(huán)水過濾系統(tǒng)粗格柵海生物污損分析及解決措施

田 冰

(中核檢修有限公司福清分公司，福建 福清 350300)

0 前 言

CFI系統(tǒng)粗格柵安裝在核電廠的泵房入口處，每列分別向1臺機組的CRF(循環(huán)水)系統(tǒng)提供50%的循環(huán)水量。作為第一層過濾網(wǎng)，CFI系統(tǒng)粗格柵主要用于攔截較大的污物進入系統(tǒng)，為防止海生物在粗格柵本體及系統(tǒng)設備內(nèi)聚集繁殖，電廠主要通過電解海水制氯系統(tǒng)向海水中加次氯酸鈉溶液，同時在粗格柵本體涂裝水解型無錫自拋光防污漆，通過油漆與次氯酸鈉共同作用殺死海生物，并抑制水中海生物的繁殖，如果防污損措施失效將影響進水及過濾效果，導致后續(xù)水泵和傳熱設備無法正常運行，嚴重時造成停堆停機風險。本工作對粗格柵海生物污損發(fā)生的原因進行分析，提出了防止粗格柵海生物污損的方案。

某核電機組年度停堆檢修時發(fā)現(xiàn)，CFI系統(tǒng)粗格柵海生物附著較多(見圖1、圖2)，嚴重影響進水；鏟除海生物檢查時發(fā)現(xiàn)主梁及格柵條涂層大面積鼓泡(見圖3)，部分橫梁涂層大面積脫落(見圖4)，犧牲陽極損耗達到20%，涂層保護功能基本失效，已無法保護設備基體，需整體打磨重新涂裝。因此需要找其污損原因并給出對應的處理措施。

1 粗格柵本體及運行工況分析

粗格柵本體采用的是耐點蝕及晶間腐蝕較強的316L奧氏體不銹鋼，格柵框架的設計尺寸為4.0 m×7.1 m，輻條間距200 mm；設計水流速度為0.61 m/s；主要采用犧牲陽極與涂層方式共同防腐[1]，同時通過無錫自拋光防污漆的水解以及電解海水制氯系統(tǒng)向海水中加次氯酸鈉溶液共同抑制海生物的生長及附著，加氯管采用UPVC管制作，附設在粗格柵框架上，通過加氯管上均勻分布的小孔，向海水加注次氯酸鈉溶液，具體設計參見圖5。

運行時粗格柵常年浸泡于海水中，直接接觸海生物。掛板實驗檢測發(fā)現(xiàn)，該海域11月-3月試板基本無海生物污損，4月起試板開始有藤壺附著，6月開始試板被全部覆蓋，污損海生物主要包括翡翠貽貝、白脊藤壺等，海生物覆蓋面積情況參見圖6及表1。

表1 海水掛板試驗年板海生物種類及參數(shù)

粗格柵的維修檢查只能隨機組停機一同進行，維修周期較長，一般在12～18個月，在此期間的安全運行完全依靠電解海水制氯系統(tǒng)及涂層系統(tǒng)進行保證，人工無法進行實時監(jiān)控；檢修期間需用吊具從水中吊起粗格柵后檢查粗格柵腐蝕及污損情況，并重新噴砂涂裝，因工期緊張，除涂裝外無法進行其他維修項目，因此對涂層系統(tǒng)要求較高；若粗格柵涂層失效嚴重，犧牲陽極消耗速度過快，將導致粗格柵本體腐蝕，影響其結構性能及過濾效果，維修將造成機組大修工期的延誤；而海生物的嚴重污損將影響海水進水效率，造成板式熱交換器、凝汽器等設備冷卻速度下降，導致機組降功率運行或失去冷源而停機停堆。

2 粗格柵污損原因分析

2.1 海洋污損生物聚集原因分析

粗格柵在海水環(huán)境下防止海生物污損主要是通過NaClO溶液殺生以及水解型丙烯酸硅樹脂為基料的無錫自拋光防污漆分解兩方面共同實現(xiàn)的。

NaClO作為一種氧化性殺菌藥劑，雖可有效控制海生物的生長，并對海藻及牡蠣等海生物效果較好，但由于NaClO具有較大的刺激性，貝類、藤壺類可自我保護的海生物在接觸NaClO后會主動關閉外殼，因此需要投放較大的藥劑，并需要足夠的接觸時間。同時NaClO穩(wěn)定性差，分解速度快，加之電解系統(tǒng)相對復雜，一旦系統(tǒng)故障停運，加藥將終止，這會嚴重影響殺生效果。而長時間低濃度使用NaClO更易讓海生物產(chǎn)生抗藥性[2]，導致NaClO無法全面殺死海生物。

核電站為配合NaClO殺生功能,在粗格柵本體涂裝水解型丙烯酸硅樹脂為基料的無錫自拋光防污漆(3層涂層共同組成的涂層系統(tǒng)見表2)來防止海生物污損設備，該涂料漆膜表面聚合物通過肽鍵束縛在功能基團上，當聚合物侵入海水后，成膜樹脂以恒定速度水解導致脂健斷裂而剝落，同時釋放氧化亞銅等殺生質(zhì)劑，肽鍵斷裂后又在原基層形成新的功能基團，通過持續(xù)不斷水解暴露出新鮮表面，達到自拋光作用防止海生物吸附；但涂料的水解速度取決于海水的鹽度、溫度以及水流速度，水解太快將導致無法達到保護期限，水解速度慢將無法提供足夠的生物殺傷劑釋放進行除污，同時該涂料主要用于船舶領域，適用于長期高速行使的船舶表面、海水的沖刷及剪切可加速海生物的剝落，而超過14 d的低流速海域?？繒е路牢勰さ膾伖饴式档?，粗格柵常年浸泡在低流速近海區(qū)域，設計水流速度僅為0.61 m/s，導致該涂料失效。

表2 粗格柵涂層體系

2.2 涂層破損原因

涂層出現(xiàn)脫落、氣泡等情況，主要是由于涂層防污以及NaClO無法及時去除海生物導致海生物長期附著后，浮游生物的孢子和貝殼類幼蟲分泌出一種酸性黏結型物質(zhì)，使防污漆表面結構產(chǎn)生缺陷，引起面漆成分破壞[3]，海水沿中間漆及底漆的孔隙結構滲透到基層發(fā)生電化學腐蝕，因粗格柵采用犧牲陽極進行保護，造成犧牲陽極塊一定損耗，而隨著腐蝕產(chǎn)物的增加，內(nèi)部壓力的增大造成涂層鼓泡，嚴重區(qū)域造成涂層脫落，涂層破損后又加快了海生物污損的速度，影響塑格柵進水速率。

3 解決措施

(1)改造加藥裝置，保證加藥系統(tǒng)穩(wěn)定運行 通過技術改造，在循環(huán)水處理系統(tǒng)增加一套外購加藥裝置，采用外購的成品次氯酸鈉(10%質(zhì)量濃度)，然后使用原系統(tǒng)海水泵進行稀釋，同時加藥泵的設計考慮冗余功能，單臺加藥泵能夠同時向2臺機組添加次氯酸鈉，避免因制氯系統(tǒng)的維修原因造成加藥停止。

(2)采用新型涂層系統(tǒng) PPG公司2014年推出了一款無毒料純有機硅不黏型防污漆，該油漆采用100%分子水平硅氧烷樹脂，表面具有極低表面張力和摩擦系數(shù)，以至于海洋生物感知不到其是可以附著的表面，無法進行附著。該涂料采用動態(tài)自釋型的表面再生技術，利用水作催化劑，使涂層不斷恢復到初始的表面能狀態(tài)，因此克服了低表面能防污涂料隨著時間推移受紫外線、太陽光及污染物的作用而劣化失效的缺點[4]。與無錫自拋光油漆對比，該涂層實現(xiàn)了低表面能涂料的技術突破，防海生物污損不受海水流動速度影響，較適合粗格柵運行工況。但該涂層表面能過低，對施工要求較高，在施工中需對中間漆進行充分打磨，否則將嚴重影響除污效果，具體涂層體系見表3。

表3 有機硅防污漆涂層體系

4 措施驗證

經(jīng)過對制氯系統(tǒng)改造以及更換粗格柵涂層系統(tǒng)，在運行18個月后，再次檢查發(fā)現(xiàn)涂層表面完好，除少量泥土外，無海生物附著，犧牲陽極基本無損耗；通過運行18個月后的涂層厚度檢查記錄(見圖7)發(fā)現(xiàn)，涂層厚度均在475 μm以上，表明無毒料純有機硅不黏型防污漆18個月內(nèi)損耗最高損耗80 μm左右，平均每月最高損耗4.5 μm，在不考慮其它因素影響的情況下，厚度在180 μm的防污面漆最高可使用40個月。

5 結 語

粗格柵作為海水進入核電廠電站系統(tǒng)的第一道防線，海生物的大量聚集將嚴重影響機組正常運行，通過分析及驗證發(fā)現(xiàn)通過技術改造，在原有電解海水系統(tǒng)外增加一套外購加藥裝置，同時噴涂有機硅不粘型防污漆，可以有效防止粗格柵海生物污損，從源頭上控制海生物進入冷卻系統(tǒng)；同時相比每年進行噴砂防腐，新方案的防污措施可滿足40個月的系統(tǒng)運行，比原方案使用壽命提高3倍以上，可為核電廠換料大修節(jié)約較大的工期成本，具有較高的應用和推廣價值。