濱海某核電站設備腐蝕問題的研究.doc

1、濱海某核電站設備腐蝕問題的研究 摘要：分析了濱海核電站的腐蝕原理及分類，并以濱海某核電站典型的設備腐蝕問題為例，概括了濱海核電站設備腐蝕特點及成因，提出了解決腐蝕問題的策略。 關鍵詞：濱海核電站；設備腐蝕；策略 中圖分類號： u665 文獻標識碼： a 1 引言 核電站由于其環(huán)境條件、運行工況的特殊性，對設備和結構的安全性、可靠性提出了更高的要求。然而，對濱海核電站，受亞熱帶海洋性氣候的影響，金屬設備必須承受高溫、高濕、高鹽環(huán)境的煎熬，而對于工程建設階段的核電站來說，除上述腐蝕環(huán)境外，還要受到如設備保養(yǎng)環(huán)境惡劣，交叉施工，人力投入不足等因素的影響，設備腐蝕問題也愈來愈突出。 2 濱海核電站腐蝕

2、原理及分類 2.1 腐蝕原理 2.1.1化學腐蝕 在濕度較大、有侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，金屬材料與空氣接觸時鐵分子與空氣中的氧及水分子起化學反應而生成氧化鐵(銹)。鐵銹的成份非常復雜，其中的水化氧化亞鐵因含有大量的水份，可以對鋼材造成再腐蝕作用。致使已氧化生銹的鋼材不論是否再與空氣接觸氧化銹層均會繼續(xù)發(fā)展。因此對鋼結構的保護，不僅要使其與水分和氧隔絕還要徹底清除其表面的銹蝕。 2.1.2 電化學腐蝕 濱海核電站設備的腐蝕速度與環(huán)境、溫度和濕度以及有害介質(zhì)的存在有關，其中濕度是一個決定性因素。金屬設備在干燥、潔凈的空氣中遭受腐蝕的速度是十分緩慢的，只有處于潮濕的、含有導電性粒子的空氣中，金屬才會腐蝕

3、，特別是在海洋性氣候環(huán)境中，海水和海洋大氣對金屬設備的侵蝕破壞更為嚴重，其腐蝕的速度比內(nèi)陸大氣中的高出許多倍。相對濕度達到某臨界點時，水分在鋼結構表面形成水膜，促進電化學過程，表現(xiàn)腐蝕速度增加。 2.2 腐蝕狀況及分類 按腐蝕介質(zhì)劃分，核電站腐蝕環(huán)境主要有：海洋大氣腐蝕、水環(huán)境腐蝕和極端環(huán)境腐蝕3種1。 2.2.1 海洋大氣腐蝕 該核電站地處亞熱帶季風性氣候區(qū)，腐蝕主要發(fā)生在與海洋大氣直接接觸的結構材料和設備上。海洋大氣腐蝕的對象涉及施工期間半封閉狀態(tài)的核島廠房、常規(guī)島廠房以及三回路相關系統(tǒng)和廠房等；該核電廠核島廠房發(fā)生的腐蝕問題如壓力容器上下法蘭面及螺栓銹蝕，一回路ptr/ris/eas系統(tǒng)

4、不銹鋼管道及焊縫，一回路設備地腳螺栓普遍腐蝕問題，三回路相關系統(tǒng)和設備的腐蝕問題等，均與施工階段半封閉狀態(tài)下，高濕度環(huán)境下海洋大氣腐蝕有關。 2.2.2水環(huán)境腐蝕 水環(huán)境腐蝕既包括普遍存在的海水環(huán)境，海水腐蝕，也包括除氧除鹽水腐蝕。海水腐蝕包括材料和設備在海水介質(zhì)中的均勻腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、點蝕、應力腐蝕開裂、腐蝕疲勞和海生物腐蝕；淡水腐蝕為經(jīng)除鹽除氧處理后的淡水對輸送管道的腐蝕。該核電站二回路設備在停用后，內(nèi)部普遍發(fā)生的腐蝕問題均屬于水環(huán)境腐蝕。如凝汽器、除氧器、高低加、ggr主油室、汽水分離再熱器、gss疏水箱等設備內(nèi)部發(fā)生的腐蝕問題等。 2.2.3極端環(huán)境腐蝕問題 極端腐蝕環(huán)境既包

5、括一回路高溫高壓硼酸水對碳鋼和低合金鋼的腐蝕，也包括二回路高溫蒸汽水對設備和管道內(nèi)部的沖刷腐蝕和fac，還包括三回路酸堿鹽介質(zhì)對設備的內(nèi)外部腐蝕，海水穿墻體管道的腐蝕以及px泵站內(nèi)海水飛濺腐蝕等。該核電站三回路發(fā)生的cfi鼓形濾網(wǎng)不銹鋼網(wǎng)片及碳鋼骨架腐蝕、泵坑設備腐蝕問題、ya/yb酸堿區(qū)域設備腐蝕等均屬于極端環(huán)境腐蝕問題。 上述3種腐蝕類型幾乎涵蓋了該核電站包括一回路、二回路、bop設備在內(nèi)的絕大多數(shù)腐蝕問題。 3典型腐蝕問題簡析 3.1 一回路主設備腐蝕問題 壓水堆核電站（pwr) 回路包含了核電站最重要的設備，有反應堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、堆內(nèi)構件、一回路管道、主泵等。這些設備的

6、可靠性關系到整個核電站的安全和運行。 國內(nèi)某核電站工程建設期間（含設備到場、安裝、調(diào)試階段），一回路主設備出現(xiàn)了不同程度的腐蝕問題，例如反應堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、主泵、ris泵、eas安全噴淋泵等；主要的腐蝕問題如下： 3.1.1蒸汽發(fā)生器螺桿腐蝕 蒸汽發(fā)生器、雖然能夠更換，但更換所需的時間長、維修費用大。該核電站蒸汽發(fā)生器到場后，在海洋露天環(huán)境下放置了較長時間，且吊裝進入反應堆廠房后，在交叉施工且保護措施不健全的前提下，蒸汽發(fā)生器焊縫部位臨時涂層大面積脫落，焊縫部位銹蝕；并且，1號蒸汽發(fā)生器螺桿產(chǎn)生銹蝕。如圖1示。 3.1.2壓力容器主螺栓銹蝕 壓力容器是不能更換的，如果它損壞就意味著核電

7、站的關閉。該核電站壓力容器筒體采用16mnr，并在內(nèi)壁堆焊2層308、309系列不銹鋼。本身具有較強的防腐蝕性能。該核電站壓力容器安裝后，壓力容器上下法蘭面及螺栓發(fā)生了銹蝕，且銹蝕面積較大。腐蝕狀況見圖1。主螺栓在出廠前，均進行了磷化處理，理論上是能達到防腐要求的。由于裝運、安裝過程中缺乏周全的防護措施，致使磷化層受損，螺栓腐蝕。如圖2示。 圖1蒸汽發(fā)生器螺桿銹蝕圖2 壓力容器及主螺栓腐蝕 3.1.3一回路ptr/ris/eas系統(tǒng)不銹鋼設備腐蝕 一回路ptr/ris/eas系統(tǒng)不銹鋼管道及焊縫部位在安裝后，出現(xiàn)了銹蝕，特別是焊縫部位，銹蝕情況較為嚴重。施工方采取了現(xiàn)場打磨并實施酸洗鈍化的處理

8、方式，該方案清除了表面大部分腐蝕產(chǎn)物，但導致焊縫部位腐蝕的根本原因如焊縫缺陷、鐵素體及鹵族元素污染未得到解決，所以該方案的效果有限，處理后的不銹鋼管道再次發(fā)生腐蝕，便是佐證。 不銹鋼表面污染物（可溶性鹽與可溶性鐵等）可成為不銹鋼銹蝕的誘因，為了將不銹鋼外表面污染物可能引起的危害降至最低，需要對機組不同區(qū)域的不銹鋼表面污染物含量進行檢測，確定不銹鋼表面受污染部位以及污染程度。該核電站對一號機組r廠房、k廠房一回路不銹鋼設備外表面cl-進行了檢測，發(fā)現(xiàn)rx/kx廠房一回路不銹鋼外表面cl-幾乎全部都超標；部分設備表面有明顯的銹跡和異物，對機組一回路不銹鋼設備及管道上面的灰塵進行徹底清理，對設備及管

9、道上的銹跡進行清理并進行有效的鈍化處理，保持室內(nèi)通風，使相對濕度<60%，很有必要。 3.2常規(guī)島廠房內(nèi)的設備腐蝕問題 常規(guī)島廠房有汽輪機及其附屬設備，二回路大量設備與管道如凝汽器、除氧器、高低加、ggr主油室、汽水分離再熱器、gss疏水箱等設備。特別是二回路設備，在安裝期間，散裝容器的施工、調(diào)試及試運行，這兩個環(huán)節(jié)稍微控制不當，便會出現(xiàn)比較嚴重的腐蝕問題。該核電站在安裝調(diào)試期間，二回路設備發(fā)生的腐蝕問題主要有： 3.2.1 凝汽器腐蝕 作為常規(guī)島廠房內(nèi)極為重要的設備，凝汽器承擔著為汽輪機建立和維持真空，汽機特殊工況（啟動、降負荷等）時接收來自旁路排放系統(tǒng)（gct）的蒸汽，將蒸汽凝結成水

10、，回收和儲存純凈的凝結水，為動力循環(huán)提供給水等多項重要功能。直接關系到汽輪機組運行功率和安全性。 然而，在安裝調(diào)試期間，發(fā)生了多項較嚴重的腐蝕類問題。部分區(qū)域清潔度較差，工作殘留物（管件、邊角料、焊渣、鐵絲、木屑等）較多；cex兩側(cè)疏水箱內(nèi)部有明顯銹跡；cex底部熱阱局部有殘留積水，濕度增大，易誘發(fā)腐蝕。cex過濾器防異物措施不到位，進水管口有焊渣和打磨灰塵，濾網(wǎng)表面有銹斑。更為嚴重的問題是，cex凝汽器在第一次沖轉(zhuǎn)后，凝汽器進、出口八個水室管板封口焊處有銹點或有黃色銹水滲出，顏色及形貌看，該腐蝕產(chǎn)物不屬于鈦腐蝕后產(chǎn)物（呈黑色或深灰色）；而是來自汽側(cè)的碳鋼或其它合金鋼，如支撐板等其它結構。該腐

11、蝕問題的發(fā)生是鈦管管板密封不嚴，滲入管板內(nèi)的海水與碳鋼層發(fā)生腐蝕所致。腐蝕形貌如下圖3示。 圖3 b2、b4入口水室若干處管口密封焊部位腐蝕 3.2.2 除氧器內(nèi)部腐蝕 作為集除氧、加熱、蓄水三功能為一體的壓力容器，除氧器是汽輪機組又一重要的設備，在建設期間，特別是在除氧器水壓試驗后，由于缺乏有效的保養(yǎng)措施，該核電站除氧器內(nèi)部發(fā)生了大面積腐蝕，內(nèi)部鼓泡管和防浪擋板等構件有大量紅褐色銹斑，其筒體、頂部噴淋管也發(fā)生了大面積銹蝕。對防銹劑取樣分析，呈淺黃色透明液體，其水溶性良好，主要成分為亞硝酸鈉和乙醇胺，實測ph值為9.2左右，未檢測到氯離子和硫酸根離子。 鑒于上述較為嚴重的腐蝕問題，施工方采取了

12、內(nèi)部人工除銹，并涂刷水基防銹劑，以期達到保護、緩解內(nèi)部構件腐蝕的目的，從后期除氧器的情況看，該方法起到了一定的作用。 3.2.3高低壓缸及汽輪機大軸銹蝕 常規(guī)島廠房在安裝施工期間，長期處于半封閉狀態(tài)，加上沿海潮濕海洋大氣的影響，使得廠房內(nèi)部的設備表面極易凝結水，并進一步發(fā)生腐蝕。如圖4示。高低壓缸、汽輪機大軸吊運到常規(guī)島廠房20m汽機平臺后，表面有大量汽水凝結，頂部有大面積停用腐蝕銹斑。 圖4 機大軸表面有水汽凝結、局部停用腐蝕銹斑 bop廠房內(nèi)的設備腐蝕問題 3.3.1鼓形濾網(wǎng)不銹鋼網(wǎng)片及碳鋼骨架腐蝕 cfi鼓形濾網(wǎng)是核電站關鍵敏感設備，鼓形濾網(wǎng)不可用或失效將直接導致機組降低功率甚至停機。

13、該核電站cfi鼓形濾網(wǎng)網(wǎng)片、鼓骨架及連接螺栓腐蝕，其中濾網(wǎng)網(wǎng)片上主要為浮銹（該浮銹為鼓骨架碳鋼結構、螺栓連接部位的腐蝕流出物），局部網(wǎng)片網(wǎng)格腐蝕較嚴重，有失效斷裂的風險；濾網(wǎng)碳鋼結構部分（含鼓骨架、輻條、螺栓等）存在較大面積涂層破損，局部碳鋼結構基體發(fā)生中度腐蝕，具體情況如圖5示。 鼓形濾網(wǎng)在安裝過程中，施工人員未嚴格執(zhí)行工藝要求。鼓骨架螺栓連接處打磨后未及時安裝及緊固螺栓，且緊固螺栓時未對接觸面的腐蝕產(chǎn)物進行徹底清理；螺栓緊固后未對周邊打磨面做必要的防腐處理，致使鼓骨架及連接螺栓在海洋露天大氣環(huán)境下迅速腐蝕，較多腐蝕產(chǎn)物殘留鼓骨架打磨面及鼓骨架與螺栓連接處。腐蝕產(chǎn)物蔓延至濾網(wǎng)網(wǎng)片，進一步造成

14、網(wǎng)片腐蝕。同時，因腐蝕裸露的碳鋼基體與螺栓、網(wǎng)片形成電偶對，從而加速腐蝕。1cfi031/032tf進水后，cpa陰極保護系統(tǒng)未按時投入運行，并進入穩(wěn)定狀態(tài)，使鼓網(wǎng)直接浸泡在海水中，加速腐蝕。 圖5 cfi鼓形濾網(wǎng)網(wǎng)片銹蝕、鼓骨架銹蝕 3.3.1海水穿墻管道腐蝕問題 該核電站sec、cfi、swd系統(tǒng)的泵入口穿地管道與混凝土交接部位大都出現(xiàn)不同程度的銹蝕， 從國內(nèi)其他電站的經(jīng)驗反饋來看，海水穿墻管道的腐蝕經(jīng)常發(fā)生，而且難于治理，尤其是管道與混凝土的交接部位存在縫隙，易于腐蝕性物質(zhì)的富集，產(chǎn)生嚴重的縫隙腐蝕。從現(xiàn)場檢查的情況來看，上述傳遞管道存在于泵坑中，坑中地面潮濕，甚至存在積水，進一步助長了

15、腐蝕的發(fā)生。 3.3.2泵坑設備腐蝕問題 sec泵泵坑內(nèi)空氣潮濕，地面積水，坑內(nèi)cfi反沖洗泵入口穿墻管道的連接法蘭及其上下游管道、sec海水閥門及其連接法蘭、上下游管道出現(xiàn)銹蝕，1sec a、b列取水涵道人孔門銹蝕嚴重。crf泵泵坑內(nèi)最底層地面積水，空氣潮濕，0swd003/004po基座及其海水入口穿地管道、海水蝶閥0swd003/004ve出現(xiàn)銹蝕。 4腐蝕特點及原因分析 4.1 腐蝕特點 核電站一回路主要是硼酸水環(huán)境腐蝕，涉及到的設備和結構，包括：壓力容器、管道、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、水泵、閥門及其它設備，涉及到的材料有：600合金、690合金、181/82合金、300系列不銹鋼、低合金

16、鋼和碳鋼。主要的腐蝕模式有一回路應力腐蝕開裂、硼酸腐蝕、輻照引起的應力腐蝕開裂、死管段現(xiàn)象等等。二回路高溫汽水環(huán)境涉及到的設備和結構，主要的腐蝕模式是流體加速腐蝕（fac）和沖蝕。 濱海核電站海水環(huán)境所涉及到的設備和結構，主要的腐蝕模式是海水介質(zhì)中均勻腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、點蝕、應力腐蝕開裂、腐蝕疲勞和海生物腐蝕，海水中高含量的氯離子對大多數(shù)腐蝕模式都有促進作用。海洋大氣環(huán)境涉及到的設備和結構，主要是bop戶外系統(tǒng)和電氣戶外系統(tǒng)。涉及到的設備有：儲罐、管道、電氣設備、閥門等等，主要的腐蝕模式是海洋大氣腐蝕。 4.2 腐蝕原因 該核電站出現(xiàn)的諸多腐蝕問題，除了客觀不可抗拒的因素以外

17、，還有許多主觀的原因，如防腐蝕設計不合理、施工工藝不當或質(zhì)量控制不嚴、設備維護保養(yǎng)方面存在問題等。例如該核電站1號機組龍門架剛架十字交叉部位焊縫未留疏水孔，該部位長期有雨水和其他雜物存留，在鋼結構中使用口朝上的敞口型結構，易在傾斜安裝的結構聯(lián)接處形成水槽，缺少疏水設計，水槽中會積聚塵土和降水，不能排空，這樣被污物長期浸泡的部分就會受到較強烈的腐蝕，對鋼結構可靠性構成威脅。例如該核電站機組一回路ris、ptr、eas等系統(tǒng)普遍發(fā)生的不銹鋼管道焊縫部位腐蝕問題；vvp主蒸汽管道焊縫大面積腐蝕問題；通過觀察不難發(fā)現(xiàn)，這些設備或管道的焊縫部位存在缺陷， 設備安裝期間，現(xiàn)場環(huán)境復雜，交叉施工普遍存在，若

18、防腐保養(yǎng)不當，極易造成腐蝕。例如該核電站施工單位未經(jīng)許可，采用了未經(jīng)檢測的黃油對不銹蝕泵軸進行保養(yǎng)，而沒有按照規(guī)定采用石墨鋰基脂進行保養(yǎng)。 5 解決策略 核電站腐蝕造成設備、系統(tǒng)失效的問題將日益嚴重，且直接關系到機組運行的可靠性和使用壽命。隨著核電建設步伐不斷加快，核電廠運行的時間不斷增長，暴露出的結構材料和設備腐蝕問題愈來愈多。做好核電廠的防腐蝕工作，不但關系到核電廠的安全、經(jīng)濟運行，也影響整個核電廠的使用壽命。據(jù)相關報道，合理采用防腐蝕技術將降低經(jīng)濟損失25%30%，而通過行之有效的腐蝕管理可使腐蝕損失再下降10%2因此，對于工程建設階段核電站的防腐蝕工作，提出以下幾點建議： 提高設備腐蝕

19、管理的認識 濱海核電站腐蝕造成設備、系統(tǒng)失效的問題將日益嚴重，且直接關系到機組運行的可靠性和使用壽命。同時，研究解決濱海核電站設備的腐蝕問題，要從源頭抓起，介入系統(tǒng)、設備的設計、制造、安裝階段，對設備的設計，選材的符合性進行審查；電站許多設備接觸海水，易產(chǎn)生局部腐蝕及接觸腐蝕。如果設計時選材不當、焊接安裝結構不合理或使用材料不當，極易產(chǎn)生腐蝕問題，嚴重時會導致事故。 防腐設計審查與設備監(jiān)造 核電廠設計、建設階段，要加強對設備、廠房的防腐蝕設計審查，特別是對重要腐蝕敏感設備的設計審查，比如應對其設備的結構、防腐設計、防腐選材等方面進行審查，對不合理的防腐設計、選材及時反饋；同時，參與到腐蝕敏感關

20、鍵設備的制造過程中，在設備生產(chǎn)時進行防腐監(jiān)造，保證設備防腐質(zhì)量。 建設過程中的防腐控制 設備出廠后，長途運輸或保養(yǎng)不當可能造成設備腐蝕問題的發(fā)生，而加強設備到場檢查，特別是對于有內(nèi)部涂層或襯膠等防護措施的罐體容器類設備（這類設備安裝后難以檢查或檢查成本過高），應在其到場時開人孔，對其內(nèi)部防護措施進行檢查，防腐措施損壞的設備要果斷督促承包商再次進行防腐處理，處理不合格的應予退貨。同時，設備到場檢查，也可以阻斷部分監(jiān)造階段未發(fā)現(xiàn)的不合格設備入場。 嚴格控制現(xiàn)場防腐施工質(zhì)量，制定周全的防腐施工方案，加強防腐施工工作過程監(jiān)督和防腐質(zhì)量驗證，對于減少因現(xiàn)場防腐施工人員責任意識不強、技能不足造成的防腐質(zhì)量

21、問題有較大作用。 工程建設階段，無論是施工總承包方，還是施工分包方，會以工期緊、人力不足、腐蝕問題不著急等等借口，延遲對設備腐蝕問題的處理甚至是不處理。這個時候，業(yè)主方要想方設法加強施工方人員防腐意識的培養(yǎng)，同時增加考核措施，督促施工各方及時處理發(fā)現(xiàn)的腐蝕問題。同時，業(yè)主方應積極組織并參與工程現(xiàn)場普查、系統(tǒng)和設備的移交檢查，查找并提出設備腐蝕隱患、問題，形成檢查意見項，督促工程施工方處理。 工程建設階段，核電站各廠房環(huán)境復雜，腐蝕環(huán)境惡劣。特別是濱海地區(qū)氣候潮濕，廠房內(nèi)常有結露，此外，部分廠房還因調(diào)試排水無法及時排除導致地面積水，上述情況均會使廠房環(huán)境發(fā)生惡化，帶來設備腐蝕風險。作為業(yè)主方，督促工程方及施工承包單位制定行之有效的廠房管理方案，加強對廠房環(huán)境的治理，保持廠房的通風干燥，很有必要。 5.4 多種防腐措施并用 在全面分析核電廠設備的功能、環(huán)境、使用壽命和成本的基礎上，采取多種措施相互結合的方式，對設備進行防腐，主要是采取以下幾種措施：一是選用良好的、適用的耐腐蝕材料；二是控制設備工作環(huán)境的侵蝕性或降低環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性。如使用緩蝕劑、降低介質(zhì)中雜質(zhì)離子含量、降低介質(zhì)中的氧含量、降低環(huán)