李重陽*，冀建龍，尹清斌

（國核工程有限公司，上海 200223）

AP1000核電廠鋼制安全殼外壁涂層混凝土污染的防治

李重陽*，冀建龍，尹清斌

（國核工程有限公司，上海 200223）

介紹了AP1000核電廠鋼制安全殼涂層施工邏輯，指出屏蔽墻混凝土澆筑施工是鋼制安全殼外壁污染的主要原因。提出采用涂刷臨時防銹漆、覆蓋保護(hù)膜及混凝土施工防護(hù)等防治措施，并從經(jīng)濟(jì)性、安全性等角度進(jìn)行分析比較，確定屏蔽墻混凝土施工防護(hù)是最優(yōu)化的措施。

核電廠；鋼制安全殼；混凝土澆筑；污染；防治措施

AP1000是由美國西屋電氣公司研發(fā)，由我國引進(jìn)的第三代大型先進(jìn)非能動壓水堆，以先進(jìn)的“非能動安全系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)理念備受世界矚目。鋼制安全殼(Containment Vessel)是AP1000核電站中重要的核級模塊，也是非能動功能實(shí)現(xiàn)的主要載體，其作為非能動安全殼冷卻系統(tǒng)的傳熱面，用于在導(dǎo)致安全殼內(nèi)溫度和壓力升高的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(LOCA)或主蒸汽管道破裂等情況下，導(dǎo)出安全殼內(nèi)的熱量，使安全殼內(nèi)的溫度和壓力不超過設(shè)計(jì)限值。因而，其表面的涂層不僅要保證碳鋼在正常運(yùn)行期間的良好耐蝕性，而且必須具有一定的導(dǎo)熱性[1]。但由于施工工期長，海陽和三門1#、2#機(jī)組鋼制安全殼在現(xiàn)場就位后受到交叉施工以及成品保護(hù)不力的影響，導(dǎo)致其外表面遭受大面積的混凝土污染及破壞，較嚴(yán)重地影響了其涂層防護(hù)和非能動安全性能。因此，本文簡要分析了鋼制安全殼外壁混凝土污染的主要原因，并提出相應(yīng)的防治方法，為后續(xù)項(xiàng)目鋼制安全殼涂層施工防護(hù)提供參考。

1 鋼制安全殼外壁混凝土污染分析

1. 1 鋼制安全殼外壁涂層施工邏輯

AP1000鋼制安全殼是獨(dú)立的帶上下橢球封頭的圓柱形鋼制容器，按照ASME III NE分卷?MC級設(shè)備(金屬安全殼材料)的要求設(shè)計(jì)制造，由6個主要結(jié)構(gòu)模塊(即底封頭、第一環(huán)、第二環(huán)、第三環(huán)、第四環(huán)和頂封頭)組裝建造而成，每個模塊都由預(yù)先成型的SA-738 Gr.B鋼板拼接焊制而成[2]。安全殼結(jié)構(gòu)如圖1所示。

鋼制安全殼外表面涂層選用卡寶拉因公司產(chǎn)品，其類型為無機(jī)鋅涂層IOZ(Inorganic Zinc，無面漆)，產(chǎn)品型號為Carbozinc 11HSN，有效干膜厚度不超過0.152 4 mm(6 mil)。因其具備良好的耐蝕性、導(dǎo)熱性以及潤濕性能，因而對AP1000核電站的正常運(yùn)行和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故后的事故處理都有著重要的安全功能，故其涂層均為安全相關(guān)涂層[3]。AP1000技術(shù)大量采用模塊化施工技術(shù)，多專業(yè)平行施工，以節(jié)省建設(shè)工期。鋼制安全殼也采用預(yù)制施工的方法進(jìn)行制造，其主要制作流程依次為車間模塊預(yù)制、現(xiàn)場拼裝場地焊接成環(huán)以及最后吊裝至核島組裝成整體，其外壁的涂層施工邏輯根據(jù)鋼制安全殼制作流程也分為車間預(yù)制噴涂及現(xiàn)場組裝后焊縫涂層修補(bǔ)兩部分。由此可見，鋼制安全殼內(nèi)外壁涂層大部分均在車間預(yù)制時噴涂完成，一方面是因?yàn)檐囬g施工條件佳、能夠較好地保證涂層質(zhì)量，另一方面是為了減少現(xiàn)場工作量，降低缺陷率，節(jié)約工期。

1. 2 鋼制安全殼外壁混凝土污染原因分析

不同于通常壓水堆的預(yù)應(yīng)力混凝土鋼內(nèi)襯安全殼，AP1000的安全殼由兩層組成，其內(nèi)層為圓柱形鋼制安全殼，外層為鋼筋混凝土屏蔽墻，主要起輻射屏蔽和保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用，兩者為相互獨(dú)立存在的實(shí)體。外層鋼筋混凝土屏蔽墻是隨內(nèi)層鋼制安全殼在核島分環(huán)就位后，依次分層現(xiàn)澆而成，其澆筑進(jìn)度依據(jù)內(nèi)層鋼制安全殼的現(xiàn)場拼裝進(jìn)度而定?，F(xiàn)場采用泵車澆筑方式，由于在澆筑前及澆筑過程中，施工及現(xiàn)場管理人員的成品保護(hù)意識不足，未充分考慮到現(xiàn)場澆筑混凝土墻對鋼制安全殼的影響，同時混凝土屏蔽墻與安全殼之間間隙較小，施工空間不充裕，加之其影響面積廣，防護(hù)措施施工較困難等原因，導(dǎo)致混凝土在下料及下料管提升過程中濺射至鋼制安全殼外壁，造成鋼制安全殼外壁涂層大面積被混凝土污染，其表面分布著大量的混凝土結(jié)塊、砂漿流淌(如圖2所示)，污染面積甚至超過總表面積的一半有余。

圖1 AP1000鋼制安全殼結(jié)構(gòu)示意圖Figure1 Structural diagram showing the structure of containment vessel shell

圖2 AP1000鋼制安全殼外壁混凝土污染典型照片F(xiàn)igure2 Photos of concrete contamination outside containment vessel shell

1. 3 混凝土污染對鋼制安全殼涂層性能的影響

AP1000鋼制安全殼作為非能動安全殼冷卻系統(tǒng)的主要傳熱界面，其表面涂層必須滿足傳熱相關(guān)性能要求。根據(jù)AP1000的設(shè)計(jì)要求，在事故后，安全殼承擔(dān)著將安全殼內(nèi)大氣熱量傳遞給安全殼外大氣的功能。為保證事故工況下安全殼內(nèi)大氣熱量的順利導(dǎo)出，鋼制安全殼外壁涂層需滿足熱傳導(dǎo)率≥0.6 W/(m·K)的要求[4]。另外，在非能動安全殼冷卻系統(tǒng)觸發(fā)時，在額定的水流量下，鋼制安全殼表面要能形成穩(wěn)定的冷卻水水膜，通過水分的蒸發(fā)來吸收從安全殼內(nèi)部排出的熱量，以增強(qiáng)涂層的熱傳導(dǎo)性能。因此設(shè)計(jì)中為滿足鋼制安全殼外壁涂層的潤濕性要求，規(guī)定水滴在涂膜表面的浸潤角不大于35°[4]。

由于鋼制安全殼外壁涂層在屏蔽墻混凝土施工過程中遭受大量混凝土渣及水泥漿的污染，這些污染將直接導(dǎo)致涂層質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)要求，同時大塊的混凝土渣及水泥砂漿附著在涂層表面將對安全殼的熱傳遞造成不利影響，降低其熱傳遞效率。更為嚴(yán)重的是，大面積的水泥混凝土污染將會影響事故工況下非能動安全殼冷卻系統(tǒng)冷卻水水膜的形成，導(dǎo)致安全殼外壁表面形成的水膜不均勻，使得安全殼外表面的浸潤面積及浸潤角不符合潤濕性要求，這將直接影響非能動安全殼冷卻系統(tǒng)功能的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時將危及整個核電站的安全。

2 鋼制安全殼外壁防止混凝土污染的措施及建議

基于鋼制安全殼外壁混凝土污染的嚴(yán)重性及其帶來的不利影響，通過對施工工藝、施工環(huán)境、施工過程等因素進(jìn)行詳細(xì)分析，提出了防止安全殼外壁涂層混凝土污染的相關(guān)措施和建議，并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及安全角度進(jìn)行對比。

2. 1 措施一──優(yōu)化涂層施工邏輯

由于鋼制安全殼外壁混凝土污染是在安全殼安裝就位后，現(xiàn)場澆筑混凝土屏蔽墻過程中產(chǎn)生的，其先就位后混凝土施工的施工順序不可改變，因此為防止安全殼外壁涂層被混凝土污染，可以對鋼制安全殼外壁涂層的施工邏輯進(jìn)行優(yōu)化，即鋼制安全殼在車間預(yù)制時只涂刷一層厚度適宜的臨時防銹漆，以保護(hù)碳鋼板免受腐蝕，保證質(zhì)量性能要求，待運(yùn)輸至現(xiàn)場拼裝場地拼接成環(huán)后，對焊縫仍只涂刷臨時防銹漆以防止銹蝕，最后待屏蔽墻施工完成后，鋼制安全殼相關(guān)系統(tǒng)整體移交前，去除鋼制安全殼外壁全部的臨時防銹漆，然后按照技術(shù)文件要求整體涂刷正式油漆。該方式可避免鋼制安全殼外壁在涂刷正式油漆后再次被混凝土污染，同時能較好地保證涂層施工質(zhì)量。

2. 2 措施二──增加防護(hù)措施，防止混凝土墻施工的影響

鋼制安全殼外壁混凝土污染的最直接原因是屏蔽墻混凝土施工時的濺射，歸根到底是在進(jìn)行混凝土施工時采取的成品保護(hù)措施不當(dāng)。因此，可以在進(jìn)行混凝土施工前，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，做好充分的防護(hù)措施后再進(jìn)行混凝土施工，防止施工過程中混凝土泥漿濺射至安全殼外壁，污染涂層。具體措施為增加屏蔽墻內(nèi)模板高度，其高度至少能覆蓋澆筑過程中濺射影響區(qū)，同時在混凝土屏蔽墻內(nèi)側(cè)與鋼制安全殼筒體之間搭設(shè)的腳手架上使用三防布進(jìn)行遮擋，進(jìn)一步降低混凝土澆筑過程中濺射到筒體外壁的可能性。

2. 3 措施三──采取保護(hù)膜措施

由于在澆筑屏蔽墻過程中混凝土濺射至鋼制安全殼外壁后凝結(jié)成塊，去除非常困難，只能采取連同涂層和污染物全部去除后再次重新噴涂涂層的方式進(jìn)行處理，成本較高，因此提出在安全殼外壁涂覆保護(hù)膜的方式對其外壁涂層進(jìn)行保護(hù)的措施。具體方法為：鋼制安全殼在車間預(yù)制完成并噴涂正式油漆后，及時在其表層覆蓋一層防護(hù)性能好的保護(hù)膜，待安全殼在現(xiàn)場整體拼裝完畢，混凝土屏蔽墻施工完成后，在鋼制安全殼相關(guān)系統(tǒng)移交前，再對其整體外壁保護(hù)膜進(jìn)行清除。該方式能有效地隔離涂層與混凝土污染物，避免了兩者直接接觸，最終能較好地保證涂層免遭混凝土泥漿的污染。

2. 4 三種防護(hù)措施的比較分析

以上三種措施建議都能較好地避免屏蔽墻混凝土澆筑時污染鋼制安全殼外壁涂層，但都有各自的優(yōu)勢和劣勢。以下分別從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性及安全性的角度對三種措施進(jìn)行全面分析比較，以優(yōu)選出最佳的防護(hù)措施。

采取優(yōu)化涂層施工邏輯的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于車間預(yù)制時臨時防銹漆涂層施工簡單，前期人材機(jī)消耗少，移交前無需采取相關(guān)的成品保護(hù)措施，后期涂刷正式涂層能獲得較好的涂層質(zhì)量及外觀。但缺點(diǎn)在于臨時防銹漆仍需達(dá)到設(shè)計(jì)要求的相關(guān)技術(shù)要求，會增加較高的額外成本，而且后續(xù)核島現(xiàn)場施工作業(yè)空間有限，涂層質(zhì)量可能不及預(yù)制車間時的涂層質(zhì)量。另外，現(xiàn)場拼裝完成后會存在不易處理的區(qū)域(如凹槽部分)，臨時油漆難以去除，從而影響后續(xù)正式涂層施工質(zhì)量。還有，由于在現(xiàn)場進(jìn)行處理，可能會影響施工總工期。

采取增加防護(hù)措施防止混凝土墻施工影響的方式，其優(yōu)點(diǎn)在于防護(hù)成本較低，易于現(xiàn)場控制，不會影響現(xiàn)場施工進(jìn)度；缺點(diǎn)則在于防護(hù)效果可能不理想，仍會存在一些遺漏區(qū)域，這些位置可能也會受到混凝土泥漿的污染。

采取覆蓋保護(hù)膜措施的方法，優(yōu)點(diǎn)在于操作簡單，防護(hù)效果好，但也存在嚴(yán)重的缺陷。鋼制安全殼模塊從預(yù)制到現(xiàn)場拼裝完成，再到最后移交前，需歷經(jīng)幾年的時間，在經(jīng)過長達(dá)幾年的覆蓋之后，保護(hù)膜層的溶膠已滲透進(jìn)入鋼制安全殼表面涂層內(nèi)(無機(jī)鋅涂層表層為疏松多孔結(jié)構(gòu))，去除極為不易，嚴(yán)重時將影響涂層的安全性能。同時，保護(hù)膜層覆蓋時間較久后也較易脫落，最后導(dǎo)致無法形成良好的防護(hù)功能。另外，施工現(xiàn)場為了安全保障，要求所有的防護(hù)材料必須具備防火性能要求，故保護(hù)膜材料選擇面較窄，不易采購。

綜上所述，涂刷臨時防銹漆及采取保護(hù)膜措施的方法在經(jīng)濟(jì)性及安全性方面均存在較大缺陷，不利于現(xiàn)場實(shí)際操作，而增加屏蔽墻混凝土施工防護(hù)措施的方法可行性較大，防護(hù)效果較好，同時成本較為低廉，是最優(yōu)化的防護(hù)措施。

[1] 譚功理, 王晰. AP1000核電站鋼制安全殼防護(hù)涂層的設(shè)計(jì)[J]. 電鍍與涂飾, 2012, 31 (9): 66-70.

[2] 林誠格. 非能動安全先進(jìn)核電廠AP1000 [M]. 北京: 原子能出版社, 2008.

[3] 林金平, 黃娜. AP1000核電站鋼制安全殼涂裝質(zhì)量控制[J]. 電鍍與精飾, 2013, 35 (11): 20-23.

[4] 熊壯. AP1000核電站鋼制安全殼保護(hù)性涂層探討[J]. 中國涂料, 2012, 27 (5): 58-62.

[ 編輯：溫靖邦 ]

《電鍍與涂飾》持續(xù)被Inspec數(shù)據(jù)庫收錄

英國工程技術(shù)學(xué)會IET（The Institution of Engineering and Technology）的網(wǎng)站（www.theiet.org）公布了截至2016年12月Inspec（Information Service in Physics, Electro-Technology, Computer and Control）數(shù)據(jù)庫的索引期刊目錄，《電鍍與涂飾》（Electroplating & Finishing, ISSN 1004–227X）位列其中。

Inspec的紙本是“科學(xué)文摘”（Science Abstract，簡稱SA，始于1898年），由IET（前身IEE，1871年成立）出版，是理工學(xué)科最重要、使用最為頻繁的數(shù)據(jù)庫之一，也是全球在理工科領(lǐng)域最權(quán)威的二次文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫之一。Inspec中的每一種期刊都是通過客觀評價(jià)，且按照高標(biāo)準(zhǔn)的要求而選擇出來的，有效地杜絕了混亂和繁雜的信息，可確保提供準(zhǔn)確、有意義和及時的數(shù)據(jù)。Inspec的專業(yè)面覆蓋物理、電子與電氣工程、計(jì)算機(jī)與控制工程、信息技術(shù)、生產(chǎn)和制造工程等領(lǐng)域，并覆蓋材料科學(xué)、海洋學(xué)、核工程、天文地理、生物醫(yī)學(xué)工程、生物物理學(xué)等領(lǐng)域的內(nèi)容，為物理學(xué)學(xué)家、工程師、信息專家、研究人與科學(xué)家提供了不可或缺的信息服務(wù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前Inspec總共收錄4 215種期刊，其中中國大陸期刊260種（約占6.2%），《電鍍與涂飾》是國內(nèi)表面處理及涂料涂裝領(lǐng)域唯一被收錄的專業(yè)性期刊。

Prevention of containment vessel from concrete contamination caused by shield building construction in

AP1000 nuclear power plant

LI Chong-yang*, JI Jian-long, YIN Qing-bin

The procedure of coating construction on containment vessel shell in AP1000 nuclear power plant was introduced. It is pointed out that the construction of concrete shielding wall is the main cause of contamination to the outer walls of the containment vessel. Some preventive measures were presented, such as application of temporary anticorrosive coating, use of protective films and shielding during concrete placement, and comparatively analyzed in respect to economy and safety. Adopting protection during concrete placement is determined to be the best solution.

nuclear power plant; containment vessel shell; concrete placement; contamination; preventive measure

TQ639.2; TU764.14

B

1004 – 227X (2017) 06 – 0320 – 04

10.19289/j.1004-227x.2017.06.011

2017–01–01

2017–02–20

李重陽（1988–），男，湖北枝江人，碩士，工程師，現(xiàn)就職于國核工程有限公司AP1000 NI海陽SPMO施工管理部，從事防腐油漆施工管理工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) lichongyang007@163.com。

First-author’s address:State Nuclear Power Engineering Company, Shanghai 200233, China