核電站適用涂層特點分析

核電站適用涂層特點分析

【摘要】涂料廣泛應用于核電站核島、常規(guī)島的鋼結構、混凝土、設備管道等部位，是核電站腐蝕防護的重要手段之一。自我國首座核電站——秦山核電站起，國內(nèi)各涂料研究單位、供應商做了大量研究開發(fā)工作，如：蘭州應通特種涂料研究所開發(fā)的耐高溫涂料、上海開林造漆廠開發(fā)的核島內(nèi)環(huán)氧涂料、常州涂料化工研究院開發(fā)的NC系列涂料，這些工作對于推動我國核電涂料產(chǎn)業(yè)自主化起了重要鋪墊作用。

0前言

目前秦山、大亞灣核電站已經(jīng)運行十年以上，秦山二期、三期、嶺澳、田灣核電站也相繼建成，這些核電站在涂料的運用方面獲得了許多寶貴經(jīng)驗。同時，比較類似條件，如石油化工、城市管網(wǎng)、海洋船舶、電力等行業(yè)的涂料使用經(jīng)驗，我們開展了核電站適用涂料特點及防護分析的研究工作。希望能對國內(nèi)涂料供應商、研究院所提供一些有益的啟示。

1核電站環(huán)境適用涂層及防護分析

我國現(xiàn)有核電機組均為壓水堆，核電站設備可分為核島、常規(guī)島和輔助系統(tǒng)三部分。核電站涂層防護可分為抗大氣腐蝕涂層和抗液體、埋地環(huán)境涂層，因此可以結合核電站設備組成分別對不同功用的適用涂層進行分析。

1．1核島適用涂層及防護分析

核電站運行時，環(huán)境溫度較高，且存在中子、僅離子、13l離子、丫離子輻射。因此核島內(nèi)適用涂層必須具有一定的耐溫性、抗輻照老化性。除此之外，核島涂層還必須具備以下兩個基本功能

(1)去污性能要求，即易于清除涂層表面的放射性污染物，以免檢修時對工作人員造成放射性損傷。

(2)LOCA條件附著力要求，即核島內(nèi)管道破口時，涂層不剝落。

核島的環(huán)境特點是：正常條件下，’核島內(nèi)空氣中腐蝕性離子較少，溫度保持恒定，涂層劣化的主要途徑是人為損傷和輻照作用；異常條件下，如核島內(nèi)管道發(fā)生破口事件，管道內(nèi)充滿的高溫高壓蒸汽瞬間能使核島局部達到約300~C、16MPa。因此更強調(diào)核島內(nèi)適用涂層滿足在異常條件下的使用要求。此外，根據(jù)ALARA原則(所有輻射劑量應保持在可合理達到的盡可能低水平)，核島適用涂層還應具備較低表面處理條件下的可維修性。

1．2常規(guī)島適用涂層及防護分析

核電站常規(guī)島涂層主要用于：設備外表面的抗大氣腐蝕防護和去離子水儲存罐的內(nèi)部腐蝕防護。

核電站常規(guī)島設備通常溫度較高，一般來說當溫度達到600(2，表面都會覆蓋絕熱層，而絕熱材料中總存在一定的Cl一、S042一類腐蝕性離子，如果有水滲人絕熱層，在局部形成微酸性溶液。因此常規(guī)島設備外表面涂層必須具有足夠的耐溫性和一定耐酸性。需要特別說明的是，通常選用的含鋅涂料，在高于60℃時，會發(fā)生鋅與鐵構成電偶對的極性轉換，造成涂層與水對金屬的腐蝕，必須禁止使用。

與常規(guī)電站不同，核電站去離子水更為“純凈"，滲透性更強。因此，在常規(guī)島去離子水儲罐鋼基體、去離子水及涂層半透膜三者之間，對核電站運行管理存在如下的風險：

(1)由于滲透壓的不同，促使去離子水通過涂層向鋼基體滲透，從而使涂層出現(xiàn)鼓泡或脫落，最終影響二回路水質(zhì)。

(2)涂料中的鹵素、硫等離子通過涂料向去離子水擴散，從而使二回路水中腐蝕性離子含量超標。

1．3輔助系統(tǒng)適用涂層及防護分析

核電站輔助系統(tǒng)涂層主要包括：酸堿鹽飛濺條件下的涂層、結露設備及鋼結構表面的涂層、電器設備表面涂層、燃料儲存箱內(nèi)表面涂層、海洋大氣和海水環(huán)境下的涂層等。其中結露設備及鋼結構表面涂層、海水環(huán)境下涂層與其它工業(yè)領域有著不同的使用要求。

核電站冷凍水系統(tǒng)設備及流速較大的冷卻水管道外表面，普遍存在結露現(xiàn)象，似乎對這些設備外表面涂裝并不難，但問題在于核電站一旦開始運營，這些系統(tǒng)的檢修時間常常不到24h，因此這些設備外表面涂層的修復施工、固化條件往往很難滿足要求。

海水環(huán)境下涂層與其它工業(yè)領域有著某種相似性，卻始終為核電站管理者的關注焦點，如：含泥砂海水對涂層的沖刷破壞、海水管道內(nèi)焊縫處涂層補口、含鹽高濕度環(huán)境中涂層涂裝等問題一直沒有得到很好的解決。此外，核電站海水環(huán)境下涂層選擇還要考慮涂層脫落后堵塞下游設備造成其功能下降和潛在腐蝕風險增加所造成的不利影響。

2核電站涂層的選擇及管理要求

2．1核電站涂層的選擇

商業(yè)運行的核電站機組一般均為大功率、連續(xù)運行，核電站涂層的施工時機一般選擇機組換料大修期間?；诤穗娬具\行的經(jīng)濟性和設備的可靠性，核電站涂層必須選擇已成熟運用的可靠產(chǎn)品，并且至少能夠滿足所在設備一個或幾個大修周期的防護要求。

核島適用涂層的選擇需滿足以下要求：

(1)耐120℃、400℃溫度試驗，200h以上。

(2)達到EJ／T1086-1998中規(guī)定的涂層在模擬設計基準條件下的附著力要求。

(3)達到EJtr1111--2000、EJ/TI111-2000中丫射線輻照、去污性的要求。

(4)涂料中的各種成分應盡可能降低鹵族元素、硫元素的含量。

(5)為避免對金屬材料析氫過程的影響，涂膜應不含鋁粉，盡量不使用含金屬鋅的涂料。

常規(guī)島適用涂層的選擇：保溫層下管道涂層除具有一定的耐溫性外還應有一定的耐酸性。

對于去離子水環(huán)境下的涂層，涂料中各種成分應盡可能降低鹵族元素、硫元素的含量。

輔助系統(tǒng)適用涂層的選擇除滿足涂層所處環(huán)境的耐蝕條件以外，還應重點考慮滿足要求施工條件下的全面防護。這部分涂層量大面廣，根據(jù)涂料的特性和電站管理方便，要求戶外設備禁止使用環(huán)氧面漆。

2．2核電站涂層的施工要求

與核電站涂料的選擇一樣，核電站涂層的施工單位也應具有核電或同類型施工的業(yè)績。為盡可能提高涂料的防護周期，一般新建核電站設備要求表面處理達到Sa2．5(近白級)、選擇配套的底、中、面漆涂裝方案，對于運行中的核電站，多為St2級情況下的涂裝。

涂層防護的好壞與施工過程的質(zhì)量控制密切相關，如：涂裝前表面處理，要求磨料干燥無油；鱗片涂料的涂裝方法、底漆涂裝前的表面清潔度；兩道面漆涂裝間隔；不同溫度、濕度條件下的涂層養(yǎng)護時間等。為保證施工質(zhì)量，核電站涂層施工均設有獨立的質(zhì)量QC，負責施工過程的質(zhì)量檢查和記錄。

2．3核電站涂層的檢查要求

由于核電站涂層的選擇策略、嚴格的施工要求，新建核電站在運行初期一般不會出現(xiàn)由于涂層缺陷而發(fā)生的較大質(zhì)量事故。但隨著運營時間的延長和核電站管理的精細化，涂層問題還時有發(fā)生，因此核電站涂層的檢查和評估就非常必要。

核電站涂層的設計壽命一般在1O年以上，但由于設計、施工、檢修因素的不理想，3～5年后涂層失效會逐漸表現(xiàn)出來。因此，在核電站投用1。2年后，定期對核電站涂層進行檢查和評估，能夠及時發(fā)現(xiàn)失效涂層并采取修補措施。提早檢查的目的是盡可能多掌握涂層變化的趨勢，為隨后的涂層方案優(yōu)化提供建議。

3核電站涂料的發(fā)展要求

為適應我國“十一五”加快發(fā)展核電的產(chǎn)業(yè)方針，及時總結核電站涂料的適用特點和進行涂料防護分析以及借助于國內(nèi)外涂料應用的成功經(jīng)驗和國內(nèi)核電站涂層的應用實踐，我國核電站涂料的發(fā)展應圍繞以下要求進行開發(fā)和研究。

(1)假想事故工況下，安全殼內(nèi)涂層須滿足附著力要求。

(2)安全殼涂層的耐溫、耐輻照、去污性的改進和提高。

(3)嚴格進行核島涂層、二回路液體環(huán)境中涂層成分的控制，如降低鹵素、硫元素的含量。

(4)借鑒國內(nèi)其它行業(yè)在核電站輔助系統(tǒng)類似環(huán)境中的成功經(jīng)驗，如：低表面處理涂料、濕固

化涂料的應用經(jīng)驗；海水管道涂層焊縫涂層補口施