核電站化學(xué)水處理過程中的腐蝕與防護

1、 17 全面腐蝕控制 2005年第 19卷第 5期1 引言核電站化學(xué)水處理是指核電站根據(jù)電站各用戶 對水質(zhì)的不同需求, 對原水進行相應(yīng)的化學(xué)處理, 并 進行分配的過程。水處理的環(huán)節(jié)包括:天然水過濾、 混凝沉降、 砂濾, 形成生活用水、 生產(chǎn)用水。生產(chǎn)用 水經(jīng)陰陽離子交換,制成脫鹽水送到電站各個系統(tǒng)。 電站在運行過程中, 生產(chǎn)用水深度處理, 并添加化學(xué) 試劑, 作為電站一、 二回路熱的傳遞介質(zhì)。水處理工 藝流程見圖 1?；瘜W(xué)處理中使用酸、 堿、 鹽等化學(xué)試劑, 這些化 學(xué)試劑對核電站系統(tǒng)設(shè)備及構(gòu)筑物造成很強的腐蝕。 主要的試劑類型為:(1 絮凝沉降:FeCl 3溶液, 聚合物。 (2 殺菌處理:

2、NaClO 溶液。(3 除鹽及中和處理:HCl 、 NaOH 對樹脂進行 再生和排出水的中和處理。(4 除氧 :聯(lián)氨。(5 緩蝕劑:氨、 嗎啉、 磷酸三鈉?；瘜W(xué)水處理過程中,加強電廠化學(xué)水處理的設(shè) 備防腐管理, 對保障正常生產(chǎn)運行是非常必要的。根 據(jù)化學(xué)水處理過程中介質(zhì)腐蝕性較強的特點, 選擇合 適的材料, 加強預(yù)防性檢查與維修是核電站化學(xué)水防 腐蝕控制主要方向。2 腐蝕類型2.1 酸腐蝕酸腐蝕包括 FeCl 3溶液、 鹽酸、 次氯酸鈉的腐蝕。 FeCl 3水解后生成鹽酸和氫氧化鐵:FeCl 3+3H2O Fe(OH3+3HCl,生成的鹽酸對設(shè)備造成了腐蝕, 故 FeCl 3溶液的腐蝕機理和鹽

3、酸的腐蝕機理基本是一致 的, 不過由于溶液中酸濃度的不同, 腐蝕性稍有差異。核電站化學(xué)水處理過程中的腐蝕與防護張耀 1 費克勛 1 楊帆 2(1. 蘇州熱工研究院,江蘇 蘇州 215004; 2. 大亞灣核電站技術(shù)部摘 要:本文針對大亞灣和嶺澳核電站化學(xué)水處理過程中存在的酸腐蝕、堿腐蝕、大氣腐蝕等進行了分析,同時結(jié) 合化學(xué)水處理過程的腐蝕特點, 分析了金屬材料、 非金屬材料及混凝土構(gòu)筑物的抗腐蝕性。 提出了核電站化學(xué)水處理過程 中腐蝕與防護的基本方法和具體要求。關(guān)鍵詞:核電站 化學(xué)水處理 腐蝕 防護Corrosion and Protection in Chemical Water of Nu

4、clear PowerZhang Yao Fei Kexun Yang Fan(1. Sozhou Nuclear Power Research Institute, Jiangsu , Suzhou 215004;2.Technic Department of Daiya bay Nuclear Power Plant,Abstract : There are analyse of acid corrosion, alkali corrosion and corrosion on concrete, atmosphere corrosion in the article.With the c

5、haracter of corrsion of chemical water,anti-corrosion of metal and nonmetal and concrete are analyzed. At last the basicmethods and the demand are put forword about corrosion and protection in chemical water of nuclear power.Keywords :nuclear power; chemical water disposal; corrosion; protection圖 1

6、核電站化學(xué)水處理工藝流程圖全 面 腐 蝕 控 制TOTAL CORROSION CONTROL第 19卷第 5期 2005年 10月 Vol.19 No.5Oct. 2005鹽酸對碳鋼、不銹鋼和混凝土構(gòu)筑物具有極強 的腐蝕性。而耐酸的玻璃鋼和橡膠抗鹽酸腐蝕效果 較好。次氯酸鈉的水溶液會發(fā)生如下反應(yīng):NaClO+H2O HClO + NaOHHClO HCl +O2-NaClO+2HClO NaClO 3+2HCl次氯酸鈉溶液具用比同樣濃度鹽酸更強的腐蝕 性, 次氯酸鈉溶液除了對碳鋼和不銹鋼的腐蝕性較強 外,對普通樹脂和橡膠也有相當(dāng)強的腐蝕性。 2.2堿腐蝕化學(xué)水系統(tǒng)中的堿性物質(zhì)包括聚合物、氨液

7、、 NaOH 。由于堿性腐蝕介質(zhì)的環(huán)境溫度小于 50,在此 溫度下, 即使 NaOH 溶液的濃度達到 30%之高, 其對 碳鋼的腐蝕速率也可以忽略不計。但是, 在以下特殊 情況下,堿性腐蝕介質(zhì)的腐蝕性變得很強:(1 氨液對黃銅的腐蝕 :氨、 氧和銅之間有如下 反應(yīng):Cu+nNH3+1/2O 2+H2O Cu(NH3 n 2+ + 2HCl由于銅氨絡(luò)合離子的生成 , 使 NH 3對銅的腐蝕過 程持續(xù)發(fā)生, 并有可能促成受拉應(yīng)力作用的銅部件的 應(yīng)力腐蝕開裂。(2堿對混凝土的腐蝕 :堿與水泥中的硅酸鈣 作用, 生成粘接強度不高的氫氧化鈣和易溶于堿的硅 酸鈉;與鋁酸鈣作用生成氫氧化鈣和鋁酸鈉。 堿對混

8、凝土侵蝕后,反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)物一部 分溶出, 隨外部液體流失, 使混凝土強度下降 ; 另一 部分粘接強度不高的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物由于體積較大, 將使混凝土鼓脹開裂,并且使混凝土與其內(nèi)部鋼筋 剝離。2.3 大氣腐蝕大氣腐蝕是指化學(xué)水系統(tǒng)在液滴飛濺或環(huán)境濕 度較大的區(qū)域形成金屬設(shè)備外表面的腐蝕, 腐蝕速率 約為 0.11.0mm/a, 一般為均勻分布, 隨著使用時間 的延長, 受腐蝕區(qū)域出現(xiàn)層狀銹層, 最終金屬部件因 剩余厚度不足以支撐其工藝強度要求而失效。 大氣腐蝕的基本原理是:陽極:Fe Fe 2+2e-陰極:8 FeO OH+Fe2+2e- 3Fe 3O 4+4H2O 生成鐵的氧化物在空氣中, 被

9、再次氧化為鐵銹, 使腐蝕過程持續(xù)進行。3Fe 3O 4+0.75O2+4.5H2O 9 FeO OH3 材料的耐蝕性3.1 金屬材料(1碳鋼和低合金鋼是不能用于鹽酸、次氯酸 介質(zhì)的;青銅、高硅鐵、 316L 不銹鋼可適用于常溫 環(huán)境下的鹽酸 ;鈦對于稀鹽酸、次氯酸具有較高的 抗蝕性。(2 常溫下, 碳鋼具用較好的耐堿性能。 25時, 50%的 NaOH 的腐蝕速率 < 0.05mm/a。(3 金屬在大氣中會由于銹層的出現(xiàn), 而使金屬 的腐蝕速率得到某種程度的抑制。但是普通碳鋼銹層 的保護作用不大, 加有 Cu 、 P 等合金元素的耐候鋼銹 層具有很好的保護作用。不銹鋼在大氣中通常是很耐

10、蝕的,但含鉻量較低的 Cr13型不銹鋼在戶外的環(huán)境 中仍會發(fā)生銹蝕,且腐蝕形態(tài)常為點蝕。(4 在大氣環(huán)境中, 鋅是相當(dāng)穩(wěn)定的金屬, 這是 因為其表面覆蓋了一層含水的鹽基性碳酸鋅腐蝕產(chǎn) 物。因此, 在碳鋼表面噴涂金屬鋅, 具有很好的耐大 氣腐蝕性。噴涂的前提條件是噴涂表面具有足夠的粗 糙度。3.2非金屬材料(1與鹽酸介質(zhì)接觸的設(shè)備多采用橡膠和玻璃 鋼制品。(2玻璃鋼設(shè)備是由樹脂與玻璃纖維混合纏繞 粘接而成。玻璃鋼的耐蝕性主要取決于基體樹脂的耐 蝕性。環(huán)氧樹脂同時耐酸和堿的綜合性能較好。而對 于鹽酸來說, 乙烯基樹脂的耐蝕性優(yōu)于雙酚 A 聚酯和 環(huán)氧樹脂, 而酚醛樹脂有著比乙烯基樹脂在較高溫度 下

11、更好的耐酸性。玻璃鋼的耐蝕性與玻璃纖維的物理化學(xué)性能也 有一定關(guān)系, 由于玻璃纖維耐堿性較差, 所以在堿介 質(zhì)條件下, 玻璃鋼更容易發(fā)生腐蝕。此外, 玻璃纖維 之間粘結(jié)處如果留有孔隙, 則水和腐蝕介質(zhì)就會很容 易滲入材料內(nèi)部,從而影響甚至破壞材料的耐蝕性。 18(3 非金屬材料在大氣中, 會由于太陽紫外線、 空氣中的氧、 環(huán)境中的溫度和濕度作用, 發(fā)生材料分 子鍵能上的變化。這些變化使材料機械性能和抗介 質(zhì)腐蝕性能下降。(4在金屬表面涂裝有機涂層對于耐大氣腐蝕 非常有效, 主要原因是:涂層對腐蝕介質(zhì)的屏蔽性、 涂料中填加劑起著緩蝕和陰極保護聯(lián)合作用。涂料 涂裝由底漆、 中間漆、 面漆三部分構(gòu)成

12、, 底漆涂于清 潔、 具有一定粗糙度的金屬表面, 能夠使涂層與金屬 基體牢固地結(jié)合;中間漆起著與底漆和面漆結(jié)合的 功能 ;面漆具有較好的抗腐蝕性能介質(zhì)滲透、抗老 化功能。3.3混凝土構(gòu)筑物(1普通硅酸鹽水泥硬化后,由約占 50%水合 硅酸鈣凝膠(3CaO SiO H 2O 、 25%的 NaOH 晶 體、水合鋁酸鈣(3CaO Al 2O 3 6H 2O 、水合鐵酸 鈣(3CaO Fe 2O 3 H 2O 凝膠以及部分未水化的內(nèi) 核、毛細孔和凝膠間的膠孔組成。(2酸與水泥水化后的固化物鋁酸三鈣及其它 氫氧化物反應(yīng)生成有一定溶解度的鹽。堿與水泥中 的硅酸鈣、鋁酸鈣反應(yīng)生成粘接強度不高的氫氧化 鈣和

13、易溶的鹽?；炷辆哂泻艽蟮目箟簭姸? 但拉伸強度很低, 一般只有抗壓強度的 1/10,所以在混凝土中都配有 鋼筋, 使混凝土與鋼筋緊密粘合在一起, 提高混凝土 拉伸的承受力。混凝土在 pH 值 >12.5時, 鋼筋受到完全保護。而 混凝土一旦出現(xiàn)腐蝕破壞, 會使內(nèi)部鋼筋暴露于腐蝕 介質(zhì)中,加速混凝土構(gòu)筑物的損毀。4 腐蝕防護結(jié)論及建議核電站化學(xué)水處理的主要腐蝕類型是:酸對金 屬的腐蝕;酸、 堿對混凝土構(gòu)筑物的腐蝕;大氣腐蝕 及非金屬材料的老化。針對這些腐蝕類型可采取如下 防護措施:(1 FeCl 3、鹽酸、 NaClO 溶液的設(shè)備管道應(yīng)選 擇玻璃鋼和碳鋼襯橡膠的防護措施。腐蝕管理的重點 轉(zhuǎn)移為對非金屬材料腐蝕老化的研究。(2 氨、 聯(lián)氯、 嗎啉、 氫氧化鈉的設(shè)備管道選擇 碳鋼材料制造。(3 接觸酸、 堿介