核电站适用涂层特点分析

八戒 · 发表于 2007-7-11 11:46:38

作者：张耀张忠伟黄祖兵 (苏州热工研究院)

0前言

涂料广泛应用于核电站核岛、常规岛的钢结构、混凝土、设备管道等部位，是核电站腐蚀防护的重要手段之一。自我国首座核电站——秦山核电站起，国内各涂料研究单位、供应商做了大量研究开发工作，如：兰州应通特种涂料研究所开发的耐高温涂料、上海开林造漆厂开发的核岛内环氧涂料、常州涂料化工研究院开发的NC系列涂料，这些工作对于推动我国核电涂料产业自主化起了重要铺垫作用。

目前秦山、大亚湾核电站已经运行十年以上，秦山二期、三期、岭澳、田湾核电站也相继建成，这些核电站在涂料的运用方面获得了许多宝贵经验。同时，比较类似条件，如石油化工、城市管网、海洋船舶、电力等行业的涂料使用经验，我们开展了核电站适用涂料特点及防护分析的研究工作。希望能对国内涂料供应商、研究院所提供一些有益的启示。

1 核电站环境适用涂层及防护分析

  我国现有核电机组均为压水堆，核电站设备可分为核岛、常规岛和辅助系统三部分。核电站涂层防护可分为抗大气腐蚀涂层和抗液体、埋地环境涂层，因此可以结合核电站设备组成分别对不同功用的适用涂层进行分析。

1．1核岛适用涂层及防护分析

核电站运行时，环境温度较高，且存在中子、仅离子、13l离子、丫离子辐射。因此核岛内适用涂层必须具有一定的耐温性、抗辐照老化性。除此之外，核岛涂层还必须具备以下两个基本功能：

  (1)去污性能要求，即易于清除涂层表面的放射性污染物，以免检修时对工作人员造成放射性损伤。

  (2)LOCA条件附着力要求，即核岛内管道破口时，涂层不剥落。
核岛的环境特点是：正常条件下，’核岛内空气中腐蚀性离子较少，温度保持恒定，涂层劣化的主要途径是人为损伤和辐照作用；异常条件下，如核岛内管道发生破口事件，管道内充满的高温高压蒸汽瞬间能使核岛局部达到约300~C、1 6 MPa。因此更强调核岛内适用涂层满足在异常条件下的使用要求。此外，根据ALARA原则(所有辐射剂量应保持在可合理达到的尽可能低水平)，核岛适用涂层还应具备较低表面处理条件下的可维修性。

1．2常规岛适用涂层及防护分析

核电站常规岛涂层主要用于：设备外表面的抗大气腐蚀防护和去离子水储存罐的内部腐蚀防护。

核电站常规岛设备通常温度较高，一般来说当温度达到60 0(2，表面都会覆盖绝热层，而绝热材料中总存在一定的Cl一、S042一类腐蚀性离子，如果有水渗人绝热层，在局部形成微酸性溶液。因此常规岛设备外表面涂层必须具有足够的耐温性和一定耐酸性。需要特别说明的是，通常选用的含锌涂料，在高于60℃时，会发生锌与铁构成电偶对的极性转换，造成涂层与水对金属的腐蚀，必须禁止使用。

与常规电站不同，核电站去离子水更为“纯净"，渗透性更强。因此，在常规岛去离子水储罐钢基体、去离子水及涂层半透膜三者之间，对核电站运行管理存在如下的风险：
(1)由于渗透压的不同，促使去离子水通过涂层向钢基体渗透，从而使涂层出现鼓泡或脱落，最终影响二回路水质。

(2)涂料中的卤素、硫等离子通过涂料向去离子水扩散，从而使二回路水中腐蚀性离子含量超标。

1．3辅助系统适用涂层及防护分析

核电站辅助系统涂层主要包括：酸碱盐飞溅条件下的涂层、结露设备及钢结构表面的涂层、电器设备表面涂层、燃料储存箱内表面涂层、海洋大气和海水环境下的涂层等。其中结露设备及钢结构表面涂层、海水环境下涂层与其它工业领域有着不同的使用要求。

核电站冷冻水系统设备及流速较大的冷却水管道外表面，普遍存在结露现象，似乎对这些设备外表面涂装并不难，但问题在于核电站一旦开始运营，这些系统的检修时间常常不到24 h，因此这些设备外表面涂层的修复施工、固化条件往往很难满足要求。

海水环境下涂层与其它工业领域有着某种相似性，却始终为核电站管理者的关注焦点，如：含泥砂海水对涂层的冲刷破坏、海水管道内焊缝处涂层补口、含盐高湿度环境中涂层涂装等问题一直没有得到很好的解决。此外，核电站海水环境下涂层选择还要考虑涂层脱落后堵塞下游设备造成其功能下降和潜在腐蚀风险增加所造成的不利影响。

2 核电站涂层的选择及管理要求

2．1核电站涂层的选择

商业运行的核电站机组一般均为大功率、连续运行，核电站涂层的施工时机一般选择机组换料大修期间。基于核电站运行的经济性和设备的可靠性，核电站涂层必须选择已成熟运用的可靠产品，并且至少能够满足所在设备一个或几个大修周期的防护要求。

核岛适用涂层的选择需满足以下要求：

(1)耐120℃、400℃温度试验，200h以上。

(2)达到EJ／T 1086—1998中规定的涂层在模拟设计基准条件下的附着力要求。

(3)达到EJtr 11 11--2000、EJ/TI111-2000中丫射线辐照、去污性的要求。

(4)涂料中的各种成分应尽可能降低卤族元素、硫元素的含量。

(5)为避免对金属材料析氢过程的影响，涂膜应不含铝粉，尽量不使用含金属锌的涂料。
常规岛适用涂层的选择：保温层下管道涂层除具有一定的耐温性外还应有一定的耐酸性。

对于去离子水环境下的涂层，涂料中各种成分应尽可能降低卤族元素、硫元素的含量。

辅助系统适用涂层的选择除满足涂层所处环境的耐蚀条件以外，还应重点考虑满足要求施工条件下的全面防护。这部分涂层量大面广，根据涂料的特性和电站管理方便，要求户外设备禁止使用环氧面漆。

2．2核电站涂层的施工要求

与核电站涂料的选择一样，核电站涂层的施工单位也应具有核电或同类型施工的业绩。为尽可能提高涂料的防护周期，一般新建核电站设备要求表面处理达到Sa 2．5(近白级)、选择配套的底、中、面漆涂装方案，对于运行中的核电站，多为St 2级情况下的涂装。

涂层防护的好坏与施工过程的质量控制密切相关，如：涂装前表面处理，要求磨料干燥无油；鳞片涂料的涂装方法、底漆涂装前的表面清洁度；两道面漆涂装间隔；不同温度、湿度条件下的涂层养护时间等。为保证施工质量，核电站涂层施工均设有独立的质量QC，负责施工过程的质量检查和记录。

2．3核电站涂层的检查要求

由于核电站涂层的选择策略、严格的施工要求，新建核电站在运行初期一般不会出现由于涂层缺陷而发生的较大质量事故。但随着运营时间的延长和核电站管理的精细化，涂层问题还时有发生，因此核电站涂层的检查和评估就非常必要。

核电站涂层的设计寿命一般在1 O年以上，但由于设计、施工、检修因素的不理想，3～5年后涂层失效会逐渐表现出来。因此，在核电站投用1。2年后，定期对核电站涂层进行检查和评估，能够及时发现失效涂层并采取修补措施。提早检查的目的是尽可能多掌握涂层变化的趋势，为随后的涂层方案优化提供建议。

3 核电站涂料的发展要求

为适应我国“十一五”加快发展核电的产业方针，及时总结核电站涂料的适用特点和进行涂料防护分析以及借助于国内外涂料应用的成功经验和国内核电站涂层的应用实践，我国核电站涂料的发展应围绕以下要求进行开发和研究。

  (1)假想事故工况下，安全壳内涂层须满足附着力要求。
  (2)安全壳涂层的耐温、耐辐照、去污性的改进和提高。
  (3)严格进行核岛涂层、二回路液体环境中涂层成分的控制，如降低卤素、硫元素的含量。
  (4)借鉴国内其它行业在核电站辅助系统类似环境中的成功经验，如：低表面处理涂料、湿固
化涂料的应用经验；海水管道涂层焊缝涂层补口施工工艺的技术改进等。
  (5)核电业者严格控制施工质量并定期检查涂层。
参考文献

l陈济东，等．大亚湾核电站系统及运税M]．北京：原子能出版社，1996
2 C-TS／MAT／401．核电站产品及材料化学成分规范
3  许莉莉．核电站安全壳内钢结构防护涂料的性能与应用[J]．上海涂料，2001，39(2)：27—29