陳慧 姜媛媛 孫永亮 白榮國(guó) 成勇

(1.蘇州熱工研究院壽命管理中心，江蘇蘇州 215004；2.大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理責(zé)任有限公司生產(chǎn)部，廣東深圳 518124)

CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)管道的防腐選材設(shè)計(jì)

陳慧1姜媛媛1孫永亮1白榮國(guó)2成勇2

(1.蘇州熱工研究院壽命管理中心，江蘇蘇州 215004；2.大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理責(zé)任有限公司生產(chǎn)部，廣東深圳 518124)

對(duì)我國(guó)CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)管道的防腐選材和設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論。介紹了重要廠用水系統(tǒng)存在的腐蝕類型及管線的防腐選材和防腐措施，指出了現(xiàn)有防腐設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題。

核電站 管道 腐蝕 設(shè)計(jì)選材

0 引言

CPR1000型核電技術(shù)是我國(guó)自主改進(jìn)創(chuàng)新的核電技術(shù)，相比二代核電技術(shù)CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)的管道在防腐設(shè)計(jì)和選材上都做了優(yōu)化和改進(jìn)，有效的降低了建設(shè)成本并延長(zhǎng)了使用壽命。

濱海核電站重要廠用水系統(tǒng)的作用是通過(guò)熱交換器將電站各系統(tǒng)的熱量傳送給海水，再將載熱海水排入大海達(dá)到冷卻的目的。它的主要設(shè)備包括換熱器、抽取泵、鐵柵和海生物捕集器等。

表1 亞熱帶海水特性

1 存在的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

海水為各類腐蝕的產(chǎn)生提供條件，會(huì)縮短核電設(shè)備的使用壽命。海水中含有大量的氯離子、鈉鉀等金屬離子以及其他鹽類離子，是強(qiáng)電解質(zhì)溶液具有很強(qiáng)的腐蝕性。亞熱帶地區(qū)海水特性如表1所示。

1.1 均勻腐蝕

海水在重要廠用水系統(tǒng)管道內(nèi)的流速約為2m/s，在高流速條件下海水的含氧量大，容易引起均勻腐蝕。均勻腐蝕主要發(fā)生在表面無(wú)保護(hù)措施的管道，具體表現(xiàn)為管壁壁厚變薄。

1.2 縫隙腐蝕

當(dāng)管道局部保護(hù)層破損后海水進(jìn)入保護(hù)層后會(huì)在破損部位形成海水靜止區(qū)域(死水區(qū)域)。在死水區(qū)域內(nèi)，當(dāng)海水與基體接觸時(shí)會(huì)因濃度差異發(fā)生縫隙腐蝕，表現(xiàn)為管道局部穿孔；在穿墻孔隙環(huán)境下腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入到穿墻孔后會(huì)在管道外表面發(fā)生縫隙腐蝕，表現(xiàn)為管道壁厚減薄[1]。

1.3 電偶腐蝕

當(dāng)設(shè)備間所選材質(zhì)的腐蝕電位存在較大差異時(shí)，在潮濕環(huán)境下會(huì)發(fā)生電偶腐蝕，其特征為低腐蝕電位材質(zhì)的腐蝕速度明顯加快。如與換熱器相連的管道，由于換熱器的腐蝕電位高，當(dāng)管道的保護(hù)層破損或保護(hù)措施不當(dāng)時(shí)，會(huì)加快管道腐蝕速度。表現(xiàn)為管道銹蝕加快，管道銹蝕，壁厚變薄。

1.4 點(diǎn)蝕

核電站重要廠用水系統(tǒng)的不銹鋼管線表面沒有任何防腐措施，容易發(fā)生點(diǎn)蝕，表現(xiàn)為管道穿孔。在管道拐角等部位(死水區(qū)域)也容易發(fā)生縫隙腐蝕。

2 管道的防腐選材設(shè)計(jì)

CPR1000型核電站重要廠用水系統(tǒng)防腐選材設(shè)計(jì)遵循與海水接觸的材料適用于海水，盡量減少與海水接觸設(shè)備數(shù)量的原則。根據(jù)管道類型可分為不銹鋼管、襯膠管、陰極保護(hù)管等。

2.1 不銹鋼管

不銹鋼管在核電設(shè)備中使用比較普遍，同時(shí)也是發(fā)生銹蝕最多的管線。低等級(jí)的不銹鋼管在海水中的耐蝕性差，易發(fā)生點(diǎn)蝕，在防腐設(shè)計(jì)上需選用高等級(jí)的不銹鋼。在重要廠用水系統(tǒng)中不銹鋼管線主要用作排氣管和疏水管，避免了因Cl-濃度過(guò)高導(dǎo)致管道銹蝕穿孔的問(wèn)題。管道材質(zhì)采用核電常用不銹鋼316L，設(shè)計(jì)溫度為34.5°C。

2.2 襯膠管

襯膠管是核電站使用最多的管線，管道為碳鋼并在內(nèi)表面進(jìn)行襯膠。襯膠將海水和管壁隔離有效阻止了因與海水接觸而引起的腐蝕問(wèn)題，當(dāng)襯膠老化或破損時(shí)海水與管道接觸后會(huì)造成閉塞電池腐蝕導(dǎo)致管道穿孔。重要廠用水系統(tǒng)的襯膠管分布在泵站及N廠房，管道材質(zhì)為P295GH，采用膠板對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)襯，厚度約3.5mm，硬度約shore A 60，在襯膠完整的情況下能確保管道不被腐蝕，襯膠管正常使用壽命在10年以上[2]。

2.3 陰極保護(hù)管

陰極保護(hù)管是CPR1000型核電站在吸取二代核電站運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的。陰極保護(hù)管設(shè)計(jì)用來(lái)代替二代核電站的BONNA管[3]，以解決BONNA管使用壽命短、制造和維護(hù)昂貴、更換難度大、易泄露等問(wèn)題。陰極保護(hù)管分布在GA廊道和LX-NX廠房之間。管道材質(zhì)為碳鋼P(yáng)265GH，內(nèi)壁涂裝耐蝕和耐水性能好的954涂料，加裝陰極保護(hù)裝置[4]。管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：在40年壽期內(nèi)管道內(nèi)壁涂層50%受損的情況下，仍能滿足管道防腐要求。

管道采用隔離和外加保護(hù)電流的方法來(lái)防止管道發(fā)生腐蝕。管道的保護(hù)涂層防止了管道與海水直接接觸而發(fā)生均勻腐蝕[5]；同時(shí)，保護(hù)涂層還可以明顯減少電化學(xué)保護(hù)所需的電流。當(dāng)涂層破損時(shí)保護(hù)電流則阻止了縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕等腐蝕問(wèn)題的發(fā)生。陽(yáng)極詳細(xì)安裝圖如圖1和圖2所示。

圖1 輔助陽(yáng)極安裝圖

圖2 參比電極安裝圖

其中輔助陽(yáng)極為鈦棒，參比電極為銀棒；輔助陽(yáng)極和參比電極基座采用焊接的方式連接在管道上，電極通過(guò)螺紋連接在基座上；輔助陽(yáng)極安裝在管道水平中心線遠(yuǎn)離墻的一側(cè)，電極與管道垂直；參比電極位于相鄰兩個(gè)輔助陽(yáng)極之間，與輔助陽(yáng)極在管道的同一側(cè)，與管道垂直。

電站正式投產(chǎn)運(yùn)行至今多次出現(xiàn)內(nèi)壁涂層鼓泡導(dǎo)致防腐層失效的問(wèn)題，鼓泡多發(fā)生在焊接處?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)管道參比電極示數(shù)的差異較大，導(dǎo)致保護(hù)電流大于設(shè)計(jì)值出現(xiàn)過(guò)保護(hù)現(xiàn)象。也可能由于陽(yáng)極需要焊接在管道上，導(dǎo)致焊接部位出現(xiàn)成分不均勻、存在微觀裂紋和殘余應(yīng)力等問(wèn)題，而且焊接部位平整度差，引起涂層失效。

3 小結(jié)

CPR1000核電站重要廠用水系統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)和選材在二代核電站的基礎(chǔ)上做了優(yōu)化和改進(jìn)，選用的管道類型包括不銹鋼管、內(nèi)襯襯膠管和陰極保護(hù)管，在濱海核電站中投運(yùn)表現(xiàn)良好未發(fā)生任何重大腐蝕事故。由于投運(yùn)時(shí)間短在設(shè)計(jì)選材及運(yùn)行方面仍然有需要改進(jìn)的地方，建議加強(qiáng)各電站之間的聯(lián)系不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)選材方案、交流運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提高我國(guó)核電站的自主設(shè)計(jì)水平、創(chuàng)新能力和電站運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。

[1]劉飛華, 任愛等. 核電站海水冷卻系統(tǒng)的腐蝕與防腐蝕設(shè)計(jì)[J].腐蝕與防護(hù), 2007, 28(6): 313-316.

[2]李元太, 張春來(lái), 雷中黎. 壓水堆一回路管道的鑄造工藝及其國(guó)產(chǎn)化.核動(dòng)力工程[J]. 2009, 6(30).

[3]法國(guó)EDF公司.n031676.Expert investing report of BONNA piping on SEC system train A unit 2[Z].2000, 12.

[4]劉志旺等. 嶺澳二期重要廠用水系統(tǒng)(SEC)管道改進(jìn)項(xiàng)報(bào)告[R].深圳:中廣核工程公司, 2005.

[5] Sacvor-CHEC (Guangzhou) Corrosion Engineering Ltd. Electrochemical Protection System (EPS) For Internal Protection of Cooling Water Pipelines LING AO Nuclear power station units 3 and 4[Z].2008, 01.

Anticorrosion Design and Material Selection of Pipeline for Essential Service Water System in CPR1000 Nuclear Power Station

CHEN Hui1, JIANG Yuan-yuan1, SUN Yong-liang1, BAI Rong-guo2, CHENG Yong2
(1Suzhou Nuclear Power Research Institute, Jiangsu Suzhou 215400, China; 2 Daya Bay Nuclear Power Operations & Management Co., Ltd., Shenzhen 518124, China)

The anticorrosion design and material selection of pipeline for essential service water system in CPR1000 nuclear power station, the types of corrosion about essential service water system are introduced. The anticorrosion material and measures, the defect of existing design are proposed.

nuclear power station; pipeline; corrosion; material selection design

TG174.1

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.06.011.03

陳慧 (1985－) ，男，湖北天門人，研究員，助理工程師，碩士，主要研究金屬腐蝕與防護(hù)。