核电厂设备典型腐蚀损伤及其防护技术

核电厂设备典型腐蚀损伤及其防护技术

廖训龙

（中国中原对外工程有限公司上海100109）

摘要：目的：对核电厂中设备的典型腐蚀损伤问题进行分析，并提出防护技术。方法：首先从核电材料的腐蚀性入手，对当前核电设备腐蚀防护问题进行分析，最后提出核电腐蚀防护措施。结果：核电设备的腐蚀问题是可以通过防护技术来加以防止的。结论：对核电设备材料加以规范，检测材料的腐蚀性能以及做好防腐设计等，是防止核电厂设备发生腐蚀损伤的重要措施。

关键词：核电厂设备；腐蚀损伤；防护技术

1核电材料腐蚀与防护研究概述

我国核电机组以压水堆为主，在役和在建核电机组中，压水堆核电站占到95%以上。压水堆核电站的设备分为核岛设备､常规岛设备与BOP（核电站配套子项）设备三大类。按照设备服役工况或使用功能的不同，可分为核一级、核二级、核三级和非核级。有核级要求的设备及部件，其所用材料称为核电关键材料。

尽管核岛主设备的关键材料有优良的综合性能，但由于在高温、高辐照等特殊环境中工作，因腐蚀、特别是应力腐蚀导致的设备及部件失效实例并不少见。应力腐蚀导致的设备及部件失效给核电站带来巨大的经济损失，也给核电安全运行带来潜在的威胁。有核电的世界各国都投入大量经费用于开展核岛主设备材料的腐蚀与防护研究工作。

因此，核电设备防腐蚀的战略是：⑴从筛选设备制造材料下手，筛选耐腐性优异、性价比又高的材料加工海洋设备，这样的海洋设备几乎不存在腐蚀问题——这是金属防腐蚀的“内因”，根治腐蚀、“治本”；但成本昂贵，一次性投资大，目前采用者极其稀罕。⑵从给设备穿“防腐蚀衣”下手，普通金属（如：碳钢）涂装保护性覆盖层（涂层、涂料、内衬、耐腐蚀金属膜等），也即：碳钢+保护性覆盖层——这是金属防腐蚀的“外因”、“治标”；成本低，易上马，立竿见影，目前普及率极高。⑶从处理介质下手，例如：钙镁沉积法等。⑷选用防腐蚀添加剂，如：缓蚀剂等。

2核电厂设备腐蚀防护存在的问题

2.1核电材料标准不规范

材料的性能是核电厂设备输入的关键，核电的材料标准或多或少的存在些问题。第一，核电材料在对小部分材料的化学成分的控制上范围太宽，导致对剩余的化学元素的控制不好；第二，核电材料规范没有对组织和结构有清楚明了的要求；第三，核电材料的反馈上造成了大量的时间浪费，没有足够完善和形成期核心技术。

2.2核电设备防腐蚀设计不当

在对核电厂的防腐蚀技术的设计上，对核电厂有些独特的腐蚀物质和施工情况没有考虑到位而引发的材料腐蚀损伤事件的发生，例如防腐蚀施工和对腐蚀的检查上没有很好的协调好；二回路部分在汽水管道的材料选择上，选择不好就会造成管道发生漏堵的现象。

2.3核电设备制造导致的固有可靠性问题

设备制造所引起的制造质量在控制上严格程度不够、制造检验在技术上相对来说存在不足、制造工艺在技术上也存在着欠缺，这些都构成了设备制造的固有可靠性问题所在。

2.4核电设备材料导致的使用可靠性问题

设备材料所引起的在维修上的材料不够完整、在环境的运行上没有很好的融合、在维修的质量控制上没有到位、没有提前对设备进行优化预防，这些都构成了设备材料的使用可靠性的问题所在。

3核电厂设备材料防腐蚀技术

3.1核电材料用户规范共享

对于核电材料用户不规范的几点问题，应该完善一套核电材料的用户规范进行资源共享，充分的满足其先进性、适用性及专用性的和核电的设计和建造规范的要求。更好地对核电设备材料进行定期的更新复查。

3.2对在线监测技术的研发和定期检查

对于核电厂的设备腐蚀损伤，为了能够对其腐蚀状态进行及时掌握，及时给出诊断无误的正确信息，研发出一套能在线监测技术和定期检查技术，通过它可以使对腐蚀介质的控制和施工情况参数的调整，从而充分的保持其系统设备的良好运行。

3.3核电设备防腐蚀设计

核电设备防腐蚀设计不当的典型案例有：1）常规岛闭路冷却水系统/辅助冷水系统板式热交换器板间流速设计值过高，导致钛板故障频发；2）二回路部分汽水管道的材料选材不当，导致管道带压堵漏频发；3）重要厂用水系统泵海水泥沙造成设备材料冲蚀腐蚀；4）防腐蚀施工和腐蚀检查的可达性。

3.4对材料耐腐蚀的评定技术进行改进

工程上一般采用标准的“耐腐蚀评定试验方法”（简称标准方法）对材料进行耐腐蚀评定。这需要充分认识研究对象的腐蚀机理以选取合适的试验方法。通常使用国标和美标制定的标准试验方法，但这些方法具有局限性，用标准方法检验认为没有晶间腐蚀倾向的材料，并不能保证其在引起晶间腐蚀的其他介质中也不产生晶间腐蚀；反之有晶间腐蚀倾向的材料在许多环境中也未必会产生晶间腐蚀，即局限性较大。

笔者研究认为，需针对工程实际服役环境进行耐腐蚀试验，试验结果可以评价材料在工程实际情况下的耐蚀性。

3.5工程协调控制

工程协调控制主要应用各工业领域均适用的工程控制论的基本理论和方法，协调控制一个系统各组成部分之间的相互关系及整个系统的综合行为，从而可能达到工程控制论期望实现的“用不可靠元件构造一个可靠的系统”的目的。通过工程协调控制提高系统可靠性的基本方法，是采用冗余原则（增加基数）､增设性质不同的独立功能和避免叠加效应，包括串联､并联､串并混联､桥联等实现方式，可以用于核电厂设备材料腐蚀防护。

以重要厂用水系统设备和管道为例。重要厂用水系统管道采用冗余设计，分A､B两列，一列运行､一列备用；在重要厂用水泵上游设置有吸水暗渠沉积海泥砂，因此重要厂用水管道海水的泥沙含量降低了50%以上，重要厂用水系统板式热交换器的钛板不像常规岛辅助冷水系统的板式热交换器那样遭受严重的液（海水）､固（泥砂）两相流冲刷腐蚀，即有效避免了“叠加效应”。重要厂用水泵进、出口管道同时采用外加电流和牺牲阳极保护，防腐蚀效果良好（并联）。位于管沟和核岛的重要厂用水管道采用三层涂层保护（串联）；按照“增设性质不同的独立功能”的方法，该管段宜增设牺牲阳极保护，在涂层局部失效时可以提供有效防护。

3.6设备保养

（1）制订检查对象和检查计划。确定需重点关注的关键设备，根据设备要求和保养检查周期，制订合理的检查计划；对于非关键设备，组织巡检和专项检查，如发现问题可通过该平台进行推动和解决。（2）规范编写保养检查。根据检查对象清单，编写针对性的保养检查规范。规范内容包含重点检查部位、检查项目、检验标准、记录工具、注意事项等，必需的服务支持（如搭建检查平台等）也应该在规范中体现。（3）查保养检。检查前确定现场是否具备检查条件，如设备是否遮盖、设备内部检查是否打开人孔、高空作业是否搭建检查平台等；工程阶段现场情况复杂，必须确保检查人员的人身安全；发现缺陷后和安装部门及时沟通；做好文字和拍照记录。

结束语

腐蚀防护是核电厂设备材料完整性控制的重要工作，是核安全的关键支撑。因此，在进行设备材料的选择过程中注重材料的质量，落实防腐蚀在线监测技术，做好防腐蚀设计，并对相关设备做好保养，降低腐蚀给核电厂带来的不良的影响，改良核电厂的运行条件，核电厂就能很好的实现安全可靠的经济运行目标。

参考文献：

[1]袁婕.核电二回路腐蚀管线抗震可靠性研究[D].大连理工大学，2015.

[2]周澄，吴昉赟，刘洪群.某核电厂循环冷冻水管道腐蚀原因分析[J].全面腐蚀控制，2015，01：61-63.

[3]林金旭，廖雪波，蒋林中，沈新生.某核电厂鼓形滤网腐蚀原因分析[J].全面腐蚀控制，2015，07：30-32+51.