核電站適用涂層特點分析論文

核電站適用涂層特點分析論文

　　【摘要】涂料廣泛應用于核電站核島、常規島的鋼結構、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，國內各涂料研究單位、供應商做了大量研究開發工作，如：蘭州應通特種涂料研究所開發的耐高溫涂料、上海開林造漆廠開發的核島內環氧涂料、常州涂料化工研究院開發的NC系列涂料，這些工作對于推動我國核電涂料產業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驗。同時，比較類似條件，如石油化工、城市管網、海洋船舶、電力等行業的涂料使用經驗，我們開展了核電站適用涂料特點及防護分析的研究工作。希望能對國內涂料供應商、研究院所提供一些有益的啟示。

　　1 核電站環境適用涂層及防護分析

　　我國現有核電機組均為壓水堆，核電站設備可分為核島、常規島和輔助系統三部分。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，即核島內管道破口時，涂層不剝落。

　　核島的環境特點是：正常條件下，’核島內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，如核島內管道發生破口事件，管道內充滿的高溫高壓蒸汽瞬間能使核島局部達到約300~C、1 6 MPa。因此更強調核島內適用涂層滿足在異常條件下的使用要求。此外，根據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常規島適用涂層及防護分析

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

　　核電站常規島設備通常溫度較高，一般來說當溫度達到60 0(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，從而使涂層出現鼓泡或脫落，最終影響二回路水質。

　　(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輔助系統適用涂層及防護分析

　　核電站輔助系統涂層主要包括：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、燃料儲存箱內表面涂層、海洋大氣和海水環境下的涂層等。其中結露設備及鋼結構表面涂層、海水環境下涂層與其它工業領域有著不同的使用要求。

　　核電站冷凍水系統設備及流速較大的冷卻水管道外表面，普遍存在結露現象，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，這些系統的檢修時間常常不到24 h，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。

　　海水環境下涂層與其它工業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、海水管道內焊縫處涂層補口、含鹽高濕度環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

　　商業運行的核電站機組一般均為大功率、連續運行，核電站涂層的施工時機一般選擇機組換料大修期間。基于核電站運行的經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／T 1086-1998中規定的涂層在模擬設計基準條件下的附著力要求。

　　(3)達到EJtr 11 11--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。

　　輔助系統適用涂層的選擇除滿足涂層所處環境的耐蝕條件以外，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，根據涂料的特性和電站管理方便，要求戶外設備禁止使用環氧面漆。

　　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Sa 2．5(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St 2級情況下的涂裝。

　　涂層防護的好壞與施工過程的質量控制密切相關，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護時間等。為保證施工質量，核電站涂層施工均設有獨立的質量QC，負責施工過程的質量檢查和記錄。

　　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由于涂層缺陷而發生的較大質量事故。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1 O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，能夠及時發現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化提供建議。

　　3 核電站涂料的發展要求

　　為適應我國“十一五”加快發展核電的產業方針，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外涂料應用的成功經驗和國內核電站涂層的應用實踐，我國核電站涂料的發展應圍繞以下要求進行開發和研究。

　　(1)假想事故工況下，安全殼內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)借鑒國內其它行業在核電站輔助系統類似環境中的成功經驗，如：低表面處理涂料、濕固

　　化涂料的應用經驗；海水管道涂層焊縫涂層補口施工工藝的技術改進等。

　　(5)核電業者嚴格控制施工質量并定期檢查涂層。

　　參考文獻

　　l陳濟東，等．大亞灣核電站系統及運稅M]．北京：原子能出版社，1996

　　2 C-TS／MAT／401．核電站產品及材料化學成分規范

　　3 許莉莉．核電站安全殼內鋼結構防護涂料的性能與應用[J]．上 海涂料，2001，39(2)：27-29

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