核電站適用涂層特點(diǎn)分析

核電站適用涂層特點(diǎn)分析

【摘要】涂料廣泛應(yīng)用于核電站核島、常規(guī)島的鋼結(jié)構(gòu)、混凝土、設(shè)備管道等部位，是核電站腐蝕防護(hù)的重要手段之一。自我國(guó)首座核電站——秦山核電站起，國(guó)內(nèi)各涂料研究單位、供應(yīng)商做了大量研究開發(fā)工作，如：蘭州應(yīng)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(duì)于推動(dòng)我國(guó)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(yùn)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(yùn)用方面獲得了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，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(yàn)，我們開展了核電站適用涂料特點(diǎn)及防護(hù)分析的研究工作。希望能對(duì)國(guó)內(nèi)涂料供應(yīng)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(hù)分析

我國(guó)現(xiàn)有核電機(jī)組均為壓水堆，核電站設(shè)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(hù)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(jié)合核電站設(shè)備組成分別對(duì)不同功用的適用涂層進(jìn)行分析。

1．1核島適用涂層及防護(hù)分析

核電站運(yùn)行時(shí)，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(gè)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(shí)對(duì)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(shí)，涂層不剝落。

核島的環(huán)境特點(diǎn)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(dá)到約300~C、16MPa。因此更強(qiáng)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(yīng)保持在可合理達(dá)到的盡可能低水平)，核島適用涂層還應(yīng)具備較低表面處理?xiàng)l件下的可維修性。

1．2常規(guī)島適用涂層及防護(hù)分析

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

核電站常規(guī)島設(shè)備通常溫度較高，一般來(lái)說(shuō)當(dāng)溫度達(dá)到600(2，表面都會(huì)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(shè)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(shuō)明的是，通常選用的含鋅涂料，在高于60℃時(shí)，會(huì)發(fā)生鋅與鐵構(gòu)成電偶對(duì)的極性轉(zhuǎn)換，造成涂層與水對(duì)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(qiáng)。因此，在常規(guī)島去離子水儲(chǔ)罐鋼基體、去離子水及涂層半透膜三者之間，對(duì)核電站運(yùn)行管理存在如下的風(fēng)險(xiǎn)：

(1)由于滲透壓的不同，促使去離子水通過(guò)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(guò)涂料向去離子水?dāng)U散，從而使二回路水中腐蝕性離子含量超標(biāo)。

1．3輔助系統(tǒng)適用涂層及防護(hù)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(jié)露設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)表面的涂層、電器設(shè)備表面涂層、燃料儲(chǔ)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(jié)露設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)表面涂層、海水環(huán)境下涂層與其它工業(yè)領(lǐng)域有著不同的使用要求。

核電站冷凍水系統(tǒng)設(shè)備及流速較大的冷卻水管道外表面，普遍存在結(jié)露現(xiàn)象，似乎對(duì)這些設(shè)備外表面涂裝并不難，但問(wèn)題在于核電站一旦開始運(yùn)營(yíng)，這些系統(tǒng)的檢修時(shí)間常常不到24h，因此這些設(shè)備外表面涂層的修復(fù)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(lǐng)域有著某種相似性，卻始終為核電站管理者的關(guān)注焦點(diǎn)，如：含泥砂海水對(duì)涂層的沖刷破壞、海水管道內(nèi)焊縫處涂層補(bǔ)口、含鹽高濕度環(huán)境中涂層涂裝等問(wèn)題一直沒(méi)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(shè)備造成其功能下降和潛在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行的核電站機(jī)組一般均為大功率、連續(xù)運(yùn)行，核電站涂層的施工時(shí)機(jī)一般選擇機(jī)組換料大修期間?；诤穗娬具\(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備的可靠性，核電站涂層必須選擇已成熟運(yùn)用的可靠產(chǎn)品，并且至少能夠滿足所在設(shè)備一個(gè)或幾個(gè)大修周期的防護(hù)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(yàn)，200h以上。

(2)達(dá)到EJ／T1086-1998中規(guī)定的涂層在模擬設(shè)計(jì)基準(zhǔn)條件下的附著力要求。

(3)達(dá)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(yīng)盡可能降低鹵族元素、硫元素的含量。

(5)為避免對(duì)金屬材料析氫過(guò)程的影響，涂膜應(yīng)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(yīng)有一定的耐酸性。

對(duì)于去離子水環(huán)境下的涂層，涂料中各種成分應(yīng)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(yīng)重點(diǎn)考慮滿足要求施工條件下的全面防護(hù)。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(shè)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(yīng)具有核電或同類型施工的業(yè)績(jī)。為盡可能提高涂料的防護(hù)周期，一般新建核電站設(shè)備要求表面處理達(dá)到Sa2．5(近白級(jí))、選擇配套的底、中、面漆涂裝方案，對(duì)于運(yùn)行中的核電站，多為St2級(jí)情況下的涂裝。

涂層防護(hù)的好壞與施工過(guò)程的質(zhì)量控制密切相關(guān)，如：涂裝前表面處理，要求磨料干燥無(wú)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(hù)時(shí)間等。為保證施工質(zhì)量，核電站涂層施工均設(shè)有獨(dú)立的質(zhì)量QC，負(fù)責(zé)施工過(guò)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(yán)格的施工要求，新建核電站在運(yùn)行初期一般不會(huì)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(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)和核電站管理的精細(xì)化，涂層問(wèn)題還時(shí)有發(fā)生，因此核電站涂層的檢查和評(píng)估就非常必要。

核電站涂層的設(shè)計(jì)壽命一般在1O年以上，但由于設(shè)計(jì)、施工、檢修因素的不理想，3～5年后涂層失效會(huì)逐漸表現(xiàn)出來(lái)。因此，在核電站投用1。2年后，定期對(duì)核電站涂層進(jìn)行檢查和評(píng)估，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)失效涂層并采取修補(bǔ)措施。提早檢查的目的是盡可能多掌握涂層變化的趨勢(shì)，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(yīng)我國(guó)“十一五”加快發(fā)展核電的產(chǎn)業(yè)方針，及時(shí)總結(jié)核電站涂料的適用特點(diǎn)和進(jìn)行涂料防護(hù)分析以及借助于國(guó)內(nèi)外涂料應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)核電站涂層的應(yīng)用實(shí)踐，我國(guó)核電站涂料的發(fā)展應(yīng)圍繞以下要求進(jìn)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(jìn)和提高。

(3)嚴(yán)格進(jìn)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(guó)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(yàn)，如：低表面處理涂料、濕固

化涂料的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；海水管道涂層焊縫涂層補(bǔ)口施