(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

核電廠的電偶腐蝕

姜媛媛 費(fèi)克勛

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

通過對國內(nèi)某核電站設(shè)備發(fā)生的電偶腐蝕失效案例，分析引起電偶腐蝕發(fā)生的原因，以及采取的有效措施，最后對核電站電偶腐蝕提出腐蝕控制方法。

核電廠 電偶腐蝕

0 前言

電偶腐蝕就是自然腐蝕電位不同的金屬在電解質(zhì)中彼此電導(dǎo)通，電位低的材料成為陽極，促進(jìn)腐蝕；電位高的材料成為陰極，抑制腐蝕，出現(xiàn)的電位低的材料腐蝕加速，電位高的材料受到保護(hù)的腐蝕現(xiàn)象[1]。因此，電偶腐蝕的發(fā)生有三個(gè)必要條件：有自腐蝕電位相差比較大的材料組成的電極對；電極對之間是電連通的；電極對置于電解質(zhì)中，電導(dǎo)率越大對電偶腐蝕越有利。

核電廠海水循環(huán)系統(tǒng)的管道和設(shè)備具有材質(zhì)多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管徑不均、連接點(diǎn)多等特點(diǎn)，因此電偶腐蝕成為循環(huán)水系統(tǒng)的一種重要的腐蝕形式，結(jié)果就是造成設(shè)備、管道材料的腐蝕破壞和失效。

1 電偶腐蝕典型案例

1.1 SEC/RRI系統(tǒng)熱交換器附近的閥門閥瓣腐蝕嚴(yán)重

國內(nèi)某核電廠SEC/RRI系統(tǒng)熱交換器附近的閥門解體后檢查，發(fā)現(xiàn)閥瓣腐蝕嚴(yán)重，并有穿孔、減薄、密封面貫穿等現(xiàn)象，腐蝕照片如圖1所示。

圖1 SEC/RRI系統(tǒng)熱交換器附近閥門閥瓣腐蝕形貌

SEC系統(tǒng)絕大多數(shù)的閥門都是鋁青銅閥門，閥瓣直接與海水直接接觸，但是腐蝕只是發(fā)生在SEC/ RRI熱交換器附近的閥門，其他位置如SEC泵進(jìn)出口隔離閥、逆止閥和疏水閥都沒有發(fā)生過閥瓣腐蝕問題。針對SEC/RRI換熱器附近閥門閥瓣多次發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的情況，進(jìn)行了原因分析。SEC/RRI系統(tǒng)熱交換是由鈦板材料制成，而鈦是非常耐腐蝕的材料，腐蝕電位比SEC系統(tǒng)中其他金屬材料的腐蝕電位都高，在這樣的情況下，以鈦板為陰極，其他材料為陽極，海水為電解質(zhì)溶液，通過管道、螺栓等部件連接，就組成了一個(gè)電偶腐蝕的電化學(xué)體系。因此，可以判斷SEC/RRI換熱器附近閥門閥瓣多次發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的原因就是這些閥瓣遭受到了嚴(yán)重的電偶腐蝕，在這個(gè)電偶腐蝕體系中，體積較大的鈦換熱器充當(dāng)了陰極，而體積較小的閥門充當(dāng)了陽極，在海水的導(dǎo)通下組成了“大陰極、小陽極”，利于腐蝕的繼續(xù)發(fā)展。

為了防止閥瓣繼續(xù)發(fā)生腐蝕，對管板進(jìn)行有效的保護(hù)，核電廠采用了在鋁青銅蝶板表面噴涂HARLAR非金屬涂層的方法提高耐腐蝕性能，該涂層可以防止海水介質(zhì)與蝶板金屬材料直接接觸，有效地防止了電偶腐蝕的發(fā)生。使用HALAR涂層的閥門替代原鋁青銅蝶板的閥門，現(xiàn)場運(yùn)行狀況良好，沒有發(fā)生過蝶板腐蝕問題[2]。

1.2 凝汽器管板的腐蝕

國內(nèi)某核電站凝汽器采用單管程換熱，管板為鋁青銅，傳熱管為鈦，傳熱管與管板連接方式為脹接。水室內(nèi)壁防腐最初采用玻璃鱗片涂料，運(yùn)行4個(gè)周期后發(fā)現(xiàn)鋁青銅管板表面蓋滿堆積物和銅綠，去除堆積物可見到較普遍存在的1.5～2.0mm深的局部腐蝕，腐蝕沿著鈦管周圍發(fā)展，1臺水室發(fā)現(xiàn)2處腐蝕穿孔。后來采用氯丁橡膠對水室內(nèi)壁進(jìn)行防腐改造。凝汽器管板和換熱管選用的材質(zhì)不同，存在較高的電位差，又處在同一海水電解質(zhì)溶液中，因此電偶腐蝕是管板發(fā)生腐蝕的主導(dǎo)因素。鋁青銅的管板由于電位低而充當(dāng)陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)被腐蝕；鈦管由于電位高而充當(dāng)陰極，受到保護(hù)。圖2為凝汽器水室襯膠改造后一個(gè)循環(huán)凝汽器管板的腐蝕形貌。

圖2 水室襯膠改造后凝汽器管板的腐蝕形貌

為了防止管板與鈦管接觸造成的電偶腐蝕，對管板進(jìn)行有效的保護(hù)，該核電廠采用了提高管板電位的方法，在管板上安裝外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，對其進(jìn)行陰極保護(hù)，防止它出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕的情況，起到了良好的效果。

1.3 碎石過濾器上游管道腐蝕穿孔

國內(nèi)某核電站碎石過濾器上下游海水管道采用碳鋼加玻璃鱗片增強(qiáng)樹脂涂層，碎石過濾器采用不銹鋼材料，運(yùn)行期間該段管段頻繁出現(xiàn)管道腐蝕穿孔現(xiàn)象，且穿孔位置基本都位于搭設(shè)腳手架的牛腿處。經(jīng)調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，牛腿處經(jīng)常要搭設(shè)腳手架，易造成涂層破損，涂層破損后碳鋼裸露在海水中，管道的碳鋼和碎石過濾器的不銹鋼在海水中形成腐蝕電偶對，發(fā)生電偶腐蝕，加速腐蝕的發(fā)生，導(dǎo)致牛腿處碳鋼腐蝕嚴(yán)重。

為了防止該現(xiàn)象的發(fā)生，電站采取了一系列的防腐蝕改進(jìn)措施，其中包括大修期間對該管段加裝鋁合金犧牲陽極進(jìn)行防護(hù)。加裝犧牲陽極后，該管道至今未出現(xiàn)過腐蝕穿孔的事件。

1.4 SRI系統(tǒng)海水換熱器海水側(cè)進(jìn)出口閥門腐蝕

國內(nèi)某核電站SRI系統(tǒng)海水換熱器進(jìn)出口隔離閥在大修解體時(shí)多次發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕，腐蝕形貌如圖3所示。閥瓣原始設(shè)計(jì)材料為鋁青銅材料，后因腐蝕問題，更換為不銹鋼材料，兩種材料都發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕。鋁青銅材料腐蝕較均勻，不銹鋼則發(fā)生典型的點(diǎn)蝕。腐蝕后，往往造成閥瓣密封面破壞，造成閥門關(guān)閉不嚴(yán)。

圖3 SRI海水換熱器海水側(cè)進(jìn)出口閥門閥瓣腐蝕形貌

SRI海水換熱器海水側(cè)進(jìn)出口閥門閥瓣腐蝕的原因，對于鋁青銅閥瓣來說主要是SRI系統(tǒng)海水換熱器鈦板與閥瓣之間的電偶腐蝕；對于不銹鋼閥瓣來說，該材料不能完全耐海水環(huán)境下的點(diǎn)蝕，電偶腐蝕對點(diǎn)蝕有促進(jìn)作用。

2 腐蝕控制方法

核電站設(shè)備、管道、閥門設(shè)備眾多，選材多種多樣，面臨的腐蝕環(huán)境復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)安裝階段就要考慮到材料的相容性，防止電偶腐蝕的發(fā)生。若在運(yùn)行階段發(fā)現(xiàn)電偶腐蝕現(xiàn)象，也應(yīng)采取有效的措施進(jìn)行跟蹤和解決，防止或者減小電偶腐蝕的發(fā)生。電偶腐蝕控制方法[3]如下：

(1)在同一介質(zhì)范圍內(nèi)，盡量使用同一材料，避免出現(xiàn)由于金屬部件之間的電位差而造成的電偶腐蝕；

(2)若使不同的金屬材料彼此連接在一起(混合結(jié)構(gòu))，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮金屬之間彼此絕緣，以完全保護(hù)部件，使之不產(chǎn)生電偶腐蝕，可用絕緣套管、絕緣片、絕緣夾和絕緣膏使之完全絕緣；

(3)電化學(xué)保護(hù)的方法，采用外加電流陰極保護(hù)或者安裝犧牲陽極的方法。

[1] 張家倍, 馬琳偉, 魯紅權(quán)等編著. 核電運(yùn)行技術(shù)支持[M]. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2010, 1: 138.

[2] 馬普東. 核電站海水系統(tǒng)蝶閥蝶板腐蝕原因分析及處理[J]. 閥門, 2008(5), 37-40.

[3] (英)V．R. 普路德克著, 鄭定緒, 林衡等譯. 腐蝕控制與設(shè)計(jì)[M].北京: 石油工業(yè)出版社, 1983, 2: 73.

Galvanic Corrosion of Nuclear Power Plant

JIANG Yuan-yuan, FEI Ke-xun
(Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004, China)

By researching corrosion failure cases of galvanic corrosion in nuclear power plant, the corrosion failure of galvanic corrosion were analyzed.And effective measures were adopted. It also provided some control methods and measures on anti-corrosion.

nuclear power plant; galvanic corrosion

TM623.7

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.11.040.02

姜媛媛 (1983－) ，女，湖南邵陽人，工程師，碩士研究生，主要從事核電站腐蝕與防護(hù)方面的應(yīng)用和研究。