胡釗

摘? ?要：雖說利用海水冷卻核電站設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的熱量具有“取之不盡、用之不竭”的優(yōu)勢，但因?yàn)楹Ｋ械柠}分和氯離子含量較高，所以擁有較強(qiáng)的腐蝕性，因此只有做好設(shè)備的防腐保護(hù)才能夠?qū)崿F(xiàn)海水資源的合理利用?，F(xiàn)階段由于海水腐蝕問題引起的管道故障和設(shè)備失效已成為了影響其海水系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要因素，因此必須要在做好腐蝕防護(hù)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)管道及設(shè)備的腐蝕狀態(tài)判定和腐蝕速率監(jiān)測，這將為保障其海水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及強(qiáng)化各類管道設(shè)備的運(yùn)營管理打好基礎(chǔ)。本文中筆者在匯總相關(guān)資料的基礎(chǔ)上對這類問題進(jìn)行了分析探究，希望對進(jìn)一步推進(jìn)相關(guān)工作的優(yōu)化落實(shí)有所啟示。

關(guān)鍵詞：核電站? 海水管道? 陰極保護(hù)? 腐蝕監(jiān)測

中圖分類號：TG174.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0035-02

1? 管道腐蝕狀態(tài)監(jiān)測方法的基本概述

物理監(jiān)測法以及化學(xué)監(jiān)測法是管道腐蝕狀態(tài)監(jiān)測作業(yè)中最常見的監(jiān)測方法，前者主要通過對銹蝕位置的電阻、熱傳導(dǎo)以及電磁等參數(shù)進(jìn)行測定來反映實(shí)際腐蝕狀態(tài)，具體主要包括渦流法、射線法以及紅外熱像法。雖說物理監(jiān)測法已在實(shí)際作業(yè)中得到了相對廣泛的應(yīng)用，但結(jié)合實(shí)際工作現(xiàn)狀分析還是化學(xué)監(jiān)測法要更具優(yōu)勢。值得注意的是，化學(xué)監(jiān)測法不僅可以準(zhǔn)確測定出管道及相關(guān)設(shè)備的腐蝕程度，而且能夠準(zhǔn)確展現(xiàn)出實(shí)際腐蝕過程的內(nèi)在機(jī)理信息[1]。

隨著各類輔助技術(shù)的不斷完善，電化學(xué)腐蝕狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)已成為了金屬無損監(jiān)測中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，也正在逐漸受到重視。未來相信其應(yīng)用范圍將得到進(jìn)一步拓展，但需要強(qiáng)調(diào)的是以“電位監(jiān)測技術(shù)”為主的現(xiàn)場管道腐蝕監(jiān)測方式可能在特定情況下無法反映出管道的實(shí)際腐蝕狀態(tài)。

2? 電化學(xué)防腐視角下管道的腐蝕因素及防護(hù)機(jī)理

2.1 造成腐蝕的具體因素

核電站海水系統(tǒng)的腐蝕主要是管道內(nèi)輸送的介質(zhì)造成的。海水是一種特殊的混合物，雖說它可以帶走核電站設(shè)備的熱量，但卻具有組織成分不均勻性以及電化學(xué)不穩(wěn)定性等特點(diǎn)。從材料性質(zhì)著手分析，金屬的性質(zhì)是“均一”的，然而海水中含有的各類元素、物質(zhì)則會在很大程度上加重其與之接觸面的電化學(xué)腐蝕程度。腐蝕后的產(chǎn)物與“垢（主要成分為碳化鈣）”會在管道內(nèi)壁沉積，如果不能進(jìn)行及時(shí)有效地處理則會再次造成“垢下腐蝕”。

當(dāng)管道內(nèi)壁與海水進(jìn)行接觸時(shí)，金屬材料原本的“均一性”便會遭到破壞，這一變化會影響到管道內(nèi)壁物理狀態(tài)與組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。最后管道內(nèi)壁會出現(xiàn)很多陽極與陰極區(qū)，海水流動所產(chǎn)生的微電流會使管道內(nèi)壁的電子從陽極區(qū)流動到陰極區(qū)，這一過程結(jié)束之后陰極區(qū)內(nèi)的金屬會失去電子而成為離子，進(jìn)而溶解到海水之中。這就是陽極區(qū)位置的金屬易受到腐蝕的主要原因（核電站相關(guān)設(shè)備因?yàn)楹Ｋ斐傻母g與之原理相同）。雖說個(gè)別位置上的微電流值幾乎可以忽略不計(jì)，但這一數(shù)值在整個(gè)管道內(nèi)壁卻會被成倍疊加。

2.2 管道及設(shè)備腐蝕的具體防護(hù)

核電站海水系統(tǒng)內(nèi)的管道為了保障使用壽命一般在制作或安裝時(shí)都會采用防腐涂料，之后還會通過“陰極保護(hù)”加強(qiáng)對于腐蝕狀態(tài)的監(jiān)測與控制，兩種方法一同使用可以提高保護(hù)效果。

簡單來說，陰極保護(hù)即對被保護(hù)管道及設(shè)備等金屬結(jié)構(gòu)施加保護(hù)電流，讓其“陰極化”，進(jìn)而降低并消除電化學(xué)腐蝕作用的方法。在海水作用下核電站管道及設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕主要是“電化學(xué)腐蝕”引起的，所以只要通過恰當(dāng)?shù)拇胧┮种七@一“腐蝕反應(yīng)”，便可以從源頭解決這一問題。實(shí)際操作過程中，流經(jīng)金屬結(jié)構(gòu)表面的電子首先會流向陽極區(qū)，其電位則會因此而進(jìn)一步降低，從而使其完成“陰極極化”。之后電流進(jìn)一步增大時(shí)，金屬結(jié)構(gòu)表面陰極區(qū)的負(fù)極化也將會增大，隨著極化的逐步深入陰極區(qū)與陽極區(qū)的電位差會逐漸變?yōu)?，這時(shí)管道內(nèi)壁及設(shè)備等金屬結(jié)構(gòu)上存在的腐蝕電流就會徹底消失。到這一環(huán)節(jié)，陰極保護(hù)順利完成。

結(jié)合相關(guān)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)分析，陰極保護(hù)是目前金屬防腐作業(yè)中最有效的措施。當(dāng)然在通過技術(shù)及操作流程革新發(fā)揮陰極保護(hù)技術(shù)特殊作用的基礎(chǔ)上還需要加強(qiáng)電化學(xué)腐蝕的監(jiān)測。

3? 電化學(xué)腐蝕監(jiān)測技術(shù)

多功能腐蝕傳感器是前文中提到的用以管道內(nèi)部腐蝕速率監(jiān)測的核心構(gòu)件，結(jié)合實(shí)際行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析，這是一種專門用以管道腐蝕狀態(tài)監(jiān)測及腐蝕程度判定的新技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，它可以準(zhǔn)確測定出通電狀態(tài)下的管道的腐蝕特性，并反映出自然狀態(tài)下管道及核電站海水系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕特征。在此基礎(chǔ)上，它還能夠獲得管道及設(shè)備在陰極保護(hù)狀態(tài)下的保護(hù)度。其外形結(jié)構(gòu)具體如圖1，主要由1支高純鋅參比電極、2支研究電極和1支輔助電極構(gòu)成。

3.1 腐蝕狀態(tài)測試

其實(shí)金屬材料的腐蝕電位與其腐蝕狀態(tài)之下存在著相互對應(yīng)的關(guān)系。我們可以通過監(jiān)測工作電極與參比電極間的電位差獲得陰極保護(hù)之前的金屬自然腐蝕電位和陰極保護(hù)后的工作電極保護(hù)電位，之后就可以參照電位—PH圖獲得最終的電位監(jiān)測結(jié)果及腐蝕狀態(tài)。

3.2 保護(hù)度測試

首先是利用線性極化法測量自然腐蝕電流。實(shí)際操作中，依靠三電極體系在工作電極的腐蝕電位附近進(jìn)行極化處理，再利用腐蝕電流與極化曲線間的比例關(guān)系可以求得實(shí)際腐蝕速率，兩者在腐蝕電位附近的斜率成反比。線性極化法在策略自然腐蝕電流時(shí)對金屬腐蝕情況的變化擁有較快的反應(yīng)速度。此外，它還能夠連續(xù)、不間斷地跟蹤設(shè)備腐蝕速率及變化情況。最后以相同陰陽極極化條件下響應(yīng)電流的不對稱性為依托，我們可以進(jìn)一步探明設(shè)備或管道的孔蝕及其他位置的腐蝕狀況。

其次利用電化學(xué)阻抗譜法測量陰極保護(hù)狀態(tài)下的腐蝕電流變化。如果用電阻、電容等“理想元件”表示體系的法拉第、空間電荷與電子和離子的傳導(dǎo)過程，就可以將非均態(tài)物質(zhì)的微觀分布闡釋清楚。之后對處于穩(wěn)定狀態(tài)的三電極體系施加一個(gè)趨近于無限小的“正弦波擾動”，最可以得出陰極保護(hù)狀態(tài)下的腐蝕電流變化。

4? 結(jié)語

目前上文中提到的多功能腐蝕傳感器及監(jiān)測探頭已經(jīng)被應(yīng)用到了核電站的重要廠用SEC管道。這一環(huán)節(jié)的改革不僅實(shí)現(xiàn)了管道及設(shè)備腐蝕監(jiān)測效率的全面提升，而且在很大程度上提高了監(jiān)測的準(zhǔn)確度，以此為起點(diǎn)通過相關(guān)細(xì)節(jié)的優(yōu)化改革我們可以創(chuàng)新對于核電站海水管道的保護(hù)管理。與以人工肉眼為主的腐蝕監(jiān)測模式相比，該方法的優(yōu)勢非常明顯。以上筆者對此類問題進(jìn)行了分析探究，希望對推進(jìn)多功能腐蝕監(jiān)測探頭的實(shí)踐應(yīng)用有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 邢益誠.核電站海水系統(tǒng)管道腐蝕防護(hù)策略研究[J].全面腐蝕控制，2015，29（5）：37-39.

[2] 紀(jì)大偉. 管道內(nèi)壁腐蝕監(jiān)測技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué)，2010.

[3] 張磊，林斌，高玉柱，等.核電站海水管道陰極保護(hù)狀態(tài)下的腐蝕監(jiān)測[J].全面腐蝕控制，2014，28（11）：45-47.