核電廠循環(huán)水過濾系統(tǒng)鼓型濾網(wǎng)腐蝕及保護措施研究

王雷明

摘 要：文章針對各核電廠循環(huán)水過濾系統(tǒng)鼓型濾網(wǎng)出現(xiàn)大面積腐蝕現(xiàn)象，將金屬電化學腐蝕和保護原理應用于核電廠鼓型濾網(wǎng)腐蝕分析，并提出保護改進措施，降低腐蝕。

關鍵詞：鼓型濾網(wǎng)；電化學腐蝕和保護原理；表面保護覆蓋層；犧牲陽極的陰極保護；外加電流陰極保護；電化學鈍化

中圖分類號：TG174 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）09-0169-04

循環(huán)水過濾系統(tǒng)鼓型濾網(wǎng)安裝在循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水泵和重要廠用水系統(tǒng)重要廠用水泵進水流道的上游，用于收集和清除流道中的污物，以免對循環(huán)水泵和重要廠用水泵造成損壞。嶺澳二期、陽江、寧德、臺山等核電廠鼓型濾網(wǎng)在安裝完成后，轉(zhuǎn)入進水調(diào)試運行，出現(xiàn)了較大面積的腐蝕，不得不停止運轉(zhuǎn)，進行除銹防腐工作，不僅耗時長，投入了大量人力，還耽誤現(xiàn)場進度。

本文主要從電化學腐蝕和保護原理出發(fā)，分析鼓型濾網(wǎng)腐蝕的現(xiàn)象和原因，提出具體保護措施，如犧牲陽極的陰極保護法、外加電流陰極保護法、覆蓋涂層的保護法、電化學鈍化等，改進鼓型濾網(wǎng)的設計制造、安裝調(diào)試和運行，把鼓型濾網(wǎng)腐蝕降到最低。

1 核電廠鼓型濾網(wǎng)介紹

正常工況下，鼓型濾網(wǎng)連續(xù)運轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)速根據(jù)鼓型濾網(wǎng)前后水位差增大而升高，鼓型濾網(wǎng)示意圖如圖1所示。

零部件材料主要有不銹鋼、碳鋼、鑄鐵等，以及金屬表面的油漆，詳細材料見表1。

2 核電廠鼓型濾網(wǎng)腐蝕現(xiàn)象

在鼓型濾網(wǎng)進水后，經(jīng)觀察記錄，總結(jié)腐蝕發(fā)展狀態(tài)見表2。

由上表可見鼓型濾網(wǎng)各部件在進水后5 d內(nèi)并無明顯銹蝕，5～10 d出現(xiàn)可見銹蝕，10 d后銹蝕面積不斷變大，直至各銹蝕部位出現(xiàn)一定厚度的銹層。

并觀察各部件腐蝕情況，發(fā)現(xiàn)：

2.1 網(wǎng) 板

網(wǎng)板腐饋圖如圖2所示，腐蝕主要從網(wǎng)板與橫梁、網(wǎng)板與聯(lián)接角鋼結(jié)合處向網(wǎng)板中央擴散，個別網(wǎng)板中部有不規(guī)則零星腐蝕，用干凈抹布對網(wǎng)板表面腐蝕部位進行擦拭，腐蝕均可清除干凈。

2.2 網(wǎng)板聯(lián)接緊固件

螺栓外螺紋表面光滑，無腐蝕，螺紋處無損壞。墊圈表面與螺栓頭接觸部位表面有腐蝕，擦拭后，腐蝕消失。螺母內(nèi)螺紋表面光滑，無腐蝕，且螺紋無損壞。

2.3 聯(lián)接角鋼

腐蝕主要集中在角鋼邊緣處，用抹布擦拭后，發(fā)現(xiàn)局部漆層有破損現(xiàn)象，聯(lián)接角鋼與橫梁螺栓聯(lián)接處有腐蝕，螺栓聯(lián)接孔處無腐蝕，如圖3所示。

2.4 主副橫梁

腐蝕主要集中在橫梁邊緣處，用抹布擦拭后，發(fā)現(xiàn)局部漆層有破損現(xiàn)象，聯(lián)接角鋼與橫梁螺栓聯(lián)接處有腐蝕，螺栓聯(lián)接孔處無腐蝕，如圖4所示。

綜上所述，經(jīng)研究分析，網(wǎng)片及其聯(lián)接緊固件情況良好，未出現(xiàn)腐蝕，腐蝕主要發(fā)生在零件漆層破損處以及相鄰零件螺栓聯(lián)接處，隨著鼓型濾網(wǎng)的轉(zhuǎn)動，銹跡從網(wǎng)片與橫梁、網(wǎng)片與聯(lián)接角鋼結(jié)合處流淌到網(wǎng)片上，導致網(wǎng)片表面出現(xiàn)大量腐蝕。

3 核電廠鼓型濾網(wǎng)腐蝕原因分析

根據(jù)電化學腐蝕和保護基本原理，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，分析鼓型濾網(wǎng)腐蝕的主要原因如下。

3.1 廠家制造階段

鼓型濾網(wǎng)構(gòu)件的根部、圓弧R角、肋等處的油漆厚度不足，該處為油漆施工難點，廠家在廠內(nèi)油漆工藝不滿足該油漆施工死點要求。導致金屬與海水直接接觸，形成回路，出現(xiàn)電化學腐蝕。

3.2 設備運輸階段

在鼓型濾網(wǎng)到貨開箱過程中發(fā)現(xiàn)，鼓型濾網(wǎng)設備由于在運輸?shù)倪^程中發(fā)生構(gòu)件與構(gòu)件之間的磕碰、構(gòu)件與包裝運輸支架之間的磕碰，且磕碰地方較多；同時發(fā)現(xiàn)部分構(gòu)件的表面油漆存在針孔，說明在廠內(nèi)油漆存在質(zhì)量問題。

3.3 鼓型濾網(wǎng)施工階段

鼓型濾網(wǎng)安裝工藝要求每個構(gòu)件與構(gòu)件之間需導電，則需要在每兩個構(gòu)件之間的其中一顆螺栓孔表面進行打磨，由于一臺鼓型濾網(wǎng)的構(gòu)件較多，則需打磨的螺栓孔就較多，且該打磨處補漆難度大，螺栓墊片與構(gòu)件接觸的位置無法進行油漆修補，僅靠油漆把縫隙進行封堵，此工藝很難保證該打磨處的補漆質(zhì)量。

另外，由于鼓型濾網(wǎng)的構(gòu)件較多，且體積大，吊裝、安裝難度大，在安裝過程中難免會有磕碰，磕碰地方較多且鼓型濾網(wǎng)落差大造成后續(xù)鼓型濾網(wǎng)整體補漆難度大，構(gòu)件與構(gòu)件之間的接觸面在安裝后也無法進行油漆修補。另外，現(xiàn)場施工階段殘留的雜物金屬、鐵屑脫落混入海水介質(zhì)中，在海水介質(zhì)不流動的情況下，腐蝕加劇。

3.4 鼓型濾網(wǎng)調(diào)試階段

外加電流的陰極保護系統(tǒng)由于現(xiàn)場客觀條件（如電源不可用、調(diào)試試驗未完成等），無法投入運行，鼓型濾網(wǎng)失去了保護。同時鼓型濾網(wǎng)不具備24 h連續(xù)運行的條件，形成了水上-水下-水上的運行模式（最容易產(chǎn)生腐蝕的運行模式），鼓型濾網(wǎng)長時間暴露出海水介質(zhì)外的結(jié)構(gòu)，由于無法形成回路，無法得到保護，并會加速鼓型濾網(wǎng)腐蝕；犧牲陽極塊未安裝，犧牲陽極的陰極保護回路未形成，此時鼓型濾網(wǎng)不同材料的零部件與海水形成原電池回路，鼓型濾網(wǎng)發(fā)生氧化反應，出現(xiàn)腐蝕。

3.5 鼓型濾網(wǎng)運行環(huán)境

海水介質(zhì)雜物（泥沙，海生物）多，鼓型濾網(wǎng)腔室土建墻面存在部分鋼筋外露，造成鼓型濾網(wǎng)腔室內(nèi)的水體內(nèi)鐵屑含量較高。特別是鼓型濾網(wǎng)出現(xiàn)腐蝕后，銹跡沒有及時清除（鼓型濾網(wǎng)沖洗水由于不具備條件投運），部分銹跡附著在表面，部分銹跡混入海水介質(zhì)中，腐蝕蔓延擴大。

4 核電廠鼓型濾網(wǎng)腐蝕保護措施研究

根據(jù)以上分析，結(jié)合腐蝕保護的基本原理，可從如下方面努力，把腐蝕降低到最低。

4.1 依據(jù)犧牲陽極的陰極保護原理

用電位比所要保護的金屬更負的金屬或合金（即原電池的負級，更活潑，易腐蝕）與被保護的金屬（即原電池的正極）連接在一起，依靠它不斷腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來保護其它金屬，如圖5所示。此時鼓型濾網(wǎng)作為被保護，犧牲陽極塊發(fā)生反應。因此，海水進入鼓型濾網(wǎng)前，犧牲陽極塊安裝需完成，并形成回路。

實踐中在鼓型濾網(wǎng)兩側(cè)墻體各安裝一套犧牲陽極系統(tǒng)，犧牲陽極塊需可持續(xù)工作1 a。犧牲陽極投入工作一個月后實測保護電位800～900-mV（v.s.Ag/AgCI 參比電極），說明犧牲陽極具有一定保護效果，現(xiàn)場實物如圖6所示。

4.2 依據(jù)外加電流陰極保護原理

用外加可調(diào)直流電源（恒電位儀或整流器）供電，電源的正極接輔助陽極（即原電池的陽極），負極接被保護的金屬設備（即電解池的陰極），如圖7所示。

因此，鼓型濾網(wǎng)整體連接直流電源負極，并確保外加電流陰極保護系統(tǒng)連續(xù)投運，電位在-0.85～-1.05 V范圍內(nèi)。恒電位儀投入后極化測量值見表3，可見，恒電位儀投入也具有一定保護作用。

4.3 依據(jù)表面保護覆蓋層原理

在金屬表面施加保護覆蓋層，避免金屬與腐蝕介質(zhì)的直接接觸，達到控制金屬腐蝕的目的。

覆蓋層的基本要求：結(jié)構(gòu)緊密、完整無孔、不透介質(zhì)，與基體金屬有良好的結(jié)合力、不易脫落，在整個被保護表面均勻分布，如涂料、油漆、襯膠等。因此，設計和設備制造階段油漆覆蓋厚度要足夠厚（涂層最終名義厚度≥350 μm），完整無孔，且均勻分布鼓型濾網(wǎng)表面；設備運輸階段加強運輸過程中的保護，避免構(gòu)件與構(gòu)件之間的磕碰，避免構(gòu)件與包裝運輸支架間的磕碰，防止油漆破損；現(xiàn)場施工階段清除遺留的金屬雜物，包括鐵屑，保持鼓型濾網(wǎng)干凈整潔，對于棱角邊及螺栓孔補漆、封堵，對于發(fā)現(xiàn)有缺陷的油漆，如鼓包、破損、油漆薄，及時補漆，如圖8所示。

4.4 依據(jù)電化學鈍化原理

在金屬表面生成致密鈍化膜，建立屏蔽層，穩(wěn)定性提高，均一性改善，研究表明，耐腐蝕性能也提高約三個數(shù)量級，如圖9所示。

因此對于發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)片、螺栓、壓板等不銹鋼材料零部件腐蝕，拆下來，進行酸洗除銹，然后鈍化處理，鈍化處理形成的保護膜≥10 nm，鈍化效果如圖10所示，紅線外部完全鈍化處（保護膜≥10 nm）未發(fā)生銹蝕，紅線內(nèi)部未完全鈍化處（保護膜<10 nm）在進水后發(fā)生了銹蝕。

4.5 選取金屬材料

另外關于鼓型濾網(wǎng)金屬材料，在綜合強度和經(jīng)濟性后，盡量同一種金屬材料，如不可避免的選取不同料，選取耐海水性更強的材料，如部分零部件材料為不銹鋼。進水調(diào)試運行階段，鼓型濾網(wǎng)沖洗水需連續(xù)沖洗，確保鼓型濾網(wǎng)表面干凈，且下游循環(huán)水泵和重要廠用水泵啟動，使海水流動起來。

在綜合采取以上措施后，鼓型濾網(wǎng)在一個換料周期（12個月）連續(xù)正常運行，總體腐蝕面積<1%，未出現(xiàn)大面積腐蝕，效果明顯，如圖11所示。

5 結(jié) 語

文章根據(jù)電化學腐蝕和保護基本原理，分析鼓型濾網(wǎng)腐蝕現(xiàn)象和原因，從設計設備制造、運輸、施工、調(diào)試運行等各環(huán)節(jié)加以控制，努力做到油漆完整、材料耐海水、犧牲陽極塊投運、外加電流的陰極保護系統(tǒng)投運、沖洗水投運、海水無殘留金屬雜物、海水流動起來等方面，效果明顯，腐蝕程度也降到了最低。

另外，針對鼓型濾網(wǎng)腐蝕保護改進措施，也可以應用于鋼筋混凝土、埋地金屬管道、海水碼頭鋼樁等領域腐蝕保護，因為它們都是基于電化學腐蝕和保護基本原理，不同設備在不同環(huán)境下，靈活區(qū)別即可。

參考文獻：

[1] 張寶宏，從文博，楊萍.金屬電化學腐蝕與防護[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.