国核工程有限公司 上海 200233
摘要：核电站采用海水作为冷却介质，海水中含有大量氯离子和其他盐类离子，具有强腐蚀性，导致海水系统的腐蚀损坏问题比较突出。随着核电站运行年份的增加，海水介质的设备腐蚀损坏趋势日益加剧，纠正性维修工作量和由此产生的维修成本逐年增加。本文结合目前海水管道得防腐现状，从管道发生腐蚀的原理出发，探讨海水管道防腐的改进措施和建议。
关键词：核电站 海水 腐蚀
1、前言
滨海核电站通常利用海水作为核岛和常规岛的最终冷源来冷却凝汽器，使其产生背压推动汽轮机做功，同时将各种设备和构筑物产生的热量最终带入大海。海水由于盐分含量高和氯离子含量高，腐蚀性很强，海水冷却系统中与海水接触的设备都必须采取必要的防腐蚀措施。但是，过去10多年的核电施工及运行经验表明，海水系统的腐蚀防护体系并不是完美无缺的，腐蚀问题时有发生，现有的防腐措施在设计、施工及运行过程中还存在较大提升和改进的空间。
2、核电站海水系统腐蚀现状
根据国内某核电站经验反馈系统统计，从2003年5月至2008年4月，与CFI、CRF、SEN、SEC系统相关的腐蚀损坏事件报告共214起，由此产生的纠正性维修工作量呈上升趋势。其中比较典型的腐蚀损坏事件有凝汽器水室及海水进水管腐蚀穿孔、SEN过滤器内衬破损导致壳体腐蚀损坏、SEC系统在RRI/SEC热交换器附近阀门的阀瓣腐蚀，CRF二次滤网发生点蚀和缝隙腐蚀，海水泵的冲刷腐蚀等。这些腐蚀损坏事件严重影响系统与设备的安全运行并对核安全造成了影响。因此，采取恰当的防腐措施和优化防腐策略，对核电站安全可靠和持续经济运行具有重要意义。
3、海水系统腐蚀的分析
海水介质的强腐蚀性带来的风险，主要表现在设备腐蚀速率比预期的大，同时为各种腐蚀模式的进行提供了有力条件。根据海水设备的材质、腐蚀特征及原因对海水系统的腐蚀进行分类，其腐蚀类型大致可分为碳钢材料的腐蚀、不锈钢材料的腐蚀以及不同材质之间的电偶腐蚀三大类。
1）碳钢材料腐蚀
在核电站的海水冷却系统上，碳钢材质设备众多，主要用在输水管道、阀门阀体、过滤器壳体、换热器水室等设备上，且普遍采用碳钢加内衬技术。
腐蚀穿孔是碳钢加衬里的海水系统设备最为典型的腐蚀损坏型式，发生腐蚀穿孔的原因，主要是内衬老化、碰伤或其他局部缺陷导致的破损，由于碳钢基体本身不耐海水腐蚀，很快就会导致穿孔，穿孔由内向外发展。
碳钢加内衬设备也有由外向内发展的可能，主要是因为其他设备的泄漏导致海水直接接触碳钢基体，进而导致腐蚀发生。这种腐蚀方式在管道穿墙孔处很容易出现。
2）不锈钢材料腐蚀
在核电站的海水冷却系统中，不锈钢材料主要用在海水冷却系统的一次滤网和二次滤网等设备上。由于海水的强腐蚀性和高浓度的氯离子，不锈钢管道和设备出现的腐蚀问题最多。
由于低耐蚀等级的不锈钢在海水中很难形成钝化膜而不能使用，所以不得不选用高等级的不锈钢，但是由于核电站的一些特殊环境，例如在海水中接入次氯酸钠进一步提高了氯离子的含量，同时某些管道内外都要与海水接触并且有污物粘附，一些管道中海水处于静止的状态等，致使高等级不锈钢也不能保证完全避免海水腐蚀的发生。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不锈钢的腐蚀模式主要是点蚀和缝隙腐蚀。
3）电偶腐蚀
在海水管道里还有一种很重要的腐蚀问题，就是设备间的电偶腐蚀。电偶腐蚀发生在海水冷却系统的一次滤网、二次滤网、凝汽器水室以及换热器等设备上。这些设备的不锈钢滤网和钛合金换热管的在海水中的腐蚀电位比碳钢高，跟周围的内衬碳钢管道构成了电偶腐蚀电池。一旦碳钢表面的内衬破损，形成了大阴极小阳极，就会加速碳钢基体短时间内腐蚀穿孔。
4、海水系统的防腐措施改进
海水冷却系统腐蚀防护总的原则是要尽量减少与海水接触的设备，而不得不与海水接触的设备其材料都要适用于海水环境。
1．在核电站海水系统中碳钢材料的腐蚀防护采用的衬里技术包括衬橡胶、衬塑料、衬防腐涂层和衬水泥砂浆。只要内衬的碳钢管道和设备只要内衬不破损，就不会发生腐蚀问题。
衬里技术中衬橡胶用的最多，适用的设备有管道、阀门阀体、过滤器壳体、换热器水室等设备或部件。对于像凝汽器这样的大型设备建议在制造时就完成海水接触面的衬里，同时，运行时需要加强对海生物、淤泥和泥沙的拦截，尽量避免沉积物的堆积并造成腐蚀。橡胶和塑料衬里的正常使用寿命在10年以上，但是它们的使用寿命和核电站60年寿期相比，还是不够长。因此，就需要完善核电站衬胶和衬塑设备的老化评估和维修策略的制度。
在海水环境中，一般不单独使用防腐涂层进行防护。应用较多的是重防腐涂层和阴极保护联合使用。阴极保护分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护：牺牲阳极阴极保护一般用于位置孤立、形状简单且易于更换的小型设备或部件，例如粗格栅、细格栅、碎石过滤器等设备；外加电流一般用于大型的、且结构复杂的设备，例如旋转滤网、内外表面都需要的海水接触的设备等。阴极保护施工中需要特别关注保护不到位或过保护的问题。
水泥砂浆衬里由于造价高，只在核安全要求特别严格且有抗震要求的场合才使用。
2．对于不锈钢材料的腐蚀问题，通常采用阴极保护和更换为耐蚀性更好的材料来抑制腐蚀。如通过在CRF二次滤网的厚筋板部位加装牺牲阳极（铝-锌-铟合金），从而使二次滤网腐蚀得到有效的控制。
3．在核电站海水冷却系统中，最需要考虑的是不同设备之间的电偶腐蚀的问题。核电站海水冷却系统的换热器的换热管或换热板都是钛金属或钛合金的，它对换热器周围的阀门、管道等部件的电偶腐蚀影响很大。因此，应采取措施将换热器与这些设备进行电隔离。但这一点在我国已经运行的核电站中做的并不是很好，电偶影响经常导致换热器周围的设备严重腐蚀，而且在电偶腐蚀和冲刷腐蚀联合作用下材料的耐海水腐蚀性能也会降低。
要减轻电偶腐蚀对设备的影响，可以采取的措施包括：
1）尽量避免不同金属的直接连接，选用同种材质或电位相近的材料。
2）如果工艺要求不可避免不同材质相连，应采取涂层防腐。
3）不同金属组合之间要加绝缘材料以切断腐蚀电流通路。
5、结语
海水系统过多的出现腐蚀问题，对核电站安全稳定的发电和核电站的延寿是不利的，应在核电站全寿期内对海水冷却系统的腐蚀防护进行综合管理，从防腐蚀设计、选材、设备监造、安装调试等各阶段加强控制，尽量减轻海水腐蚀对设备造成的危害。
参考文献：
1、汪长春 海滨核电厂防腐蚀工程
2、姜成仁 核电站常规岛的防腐蚀措施
论文作者:杨卫民,张仲月,曹蕾
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/11/28
标签：海水论文; 核电站论文; 设备论文; 系统论文; 滤网论文; 内衬论文; 阴极论文; 《防护工程》2018年第24期论文;