摘要：AP1000核电站属于第三代核电技术的一种，由美国西屋电气公司设计。其安全壳结构为双层：外层结构由预应力混凝土建成，主要作用是对内部结构进行保护、对辐射进行屏蔽；内层则是CV（钢制的安全壳容器），事故出现时，能防止辐射性物质向外泄露。本文基于AP1000核电站钢制安全壳防护涂层设计要求，对相应的设计技术进行分析。
关键词：AP1000核电站；钢制安全壳；防护涂层；设计分析
1.前言
AP1000核电站具有大面积放射性核素释放率小、堆芯熔毁概率低、事故处理以非能动技术进行等优点，在我国第三代核电站建设中，已经成为主要的一个堆型。与传统核电站一样，此类型的核电站其金属附件、混凝土结构的表面也需运用涂层技术，以实现设备保护、降低物项表面放射污染几率、优化核电站环境等功用。本文对AP1000核电站钢制安全壳对涂层的要求、设计技术进行介绍，以期对此核电站钢制安全壳的设计推广提供一定参考。
2.涂层安全设计特征
（1）AP1000核电站所用安全壳为双层结构：外壳由混凝土建成，内层（即CV）的焊接应用钢板（SA-738）、碳钢板（B级）进行，其主要作用是密封、对事故后放射性核素进行包容[1]。另外，若发生设计基准事故，内层钢制的安全层还能够成为冷却系统，导出壳中热量。基于此，CV内外面均需涂刷涂层，且所用涂层材料应该具有良好的导热性能。
（2）发生设计基准事故后，AP1000核电站涂层设计能够避免壳内涂层对过滤网造成堵塞，安全壳内部专用涂层的干膜密度有严格规定。这样，事故发生后，再循环冷却水才可缓慢流动，使失效涂层在各个楼层的底板沉积，从而避免过滤网口被涂层堵塞。同时，过滤网附件不应用涂层技术，且对不锈钢的挡板进行了设计，最大程度将滤网处的涂层沉积减少[2]。基于此，除位于CV内部表面的涂层以外，AP1000核电站CV内的涂层都被划分到非安全涂层的范畴中。因此，CV内部涂层系统需进行模拟设计基准事故，以对其性能进行明确。
3.AP1000核电站CV涂层的要求
3.1设计要求
AP1000核电站内层的钢制安全壳属于碳钢容器，完整且密闭，运行时需应用涂层对CV内外部表面进行防护，以确保碳钢耐腐蚀性合格，因此，所需涂层耐腐蚀性应比较强。另外，一旦发生设计基准事故，CV中的温度、压力会快速升高，此时，非能动的安全壳冷却水需在CV顶部喷淋冷却水，使水顺着CV上半部外壁流下。因此，外壁涂料湿润性、导热性应较高，以便于将CV中的热量带走，使CV中温度、压力降低，从而对容器进行保护，以避免放射性核素释放到安全壳外。
为使以上要求得到满足，AP1000核电站中CV涂层需应用无机锌的涂层，具体设计要求表一。
3.2所用涂层的技术要求
依据以上分析，CV所用无机富锌的涂层应该与以下要求相符合：
（1）较强的耐腐蚀性。虽然对安全壳进行安装以后，内部结构不会再直接在海洋气候环境中暴露，整个运行期间，由气候环境导致的腐蚀无需考虑，但对于CV而言，涂层防腐蚀能力仍然是设计时不可忽视的因素。因此，对于AP1000核电站而言，CV所用无机富锌涂层需以ASTMB 117为依据实施盐雾实验，时间应该在3000小时以上，实验后，划痕在4mm以下表示合格。
（2）传热的性能。在35℃的温度中以ASTM E1530为依据进行测试时，涂层导热率应该在0.5W/（m•k）以上。涂层导热能力主要受到干膜的厚度、导热系数影响，为确保涂层的导热性，所用无机富锌涂层干膜厚度应该控制在150um以下，依据ASTM E1269进行测试时，涂层热比应该在0.3kj/（kg•℃以上）。另外，对于涂层的热扩散系数，湿膜应该在0.9及以上，干膜应该在0.8及以上。
（3）湿润性。AP1000核电站已经进行了非能动的安全壳冷区系统整体实验，因此，所用涂料应该与以上实验鉴定结果相配套，在水平状态下，水滴接触润湿角应该在30°以下。
（4）干膜的密度。无机富锌的涂层脱落后，在水溶液中可有细小颗粒形成，不会形成碎片被沉降。因此，干膜应有较大密度，不会随着水流经再循环滤网进入到堆芯中。
（5）抗设计基准事故能力。在设计基准事故下，涂层应不会脱落，对此，需对涂层仅剩下设计基准事故模拟实验，先以ASTM D44082-10为依据实施耐辐照实验，再在不同温度下实施设计基准事故模拟实验。
（6）成分。无机富锌涂层锌含量应该在85.0%以上，并满足SSPC-paint要求，锌粉颗粒尺寸应该为3.0至10.0um。
（7）表面处理要求。进行初始涂装、修补时，表面的粗糙度应该控制在30至60um之间。
（8）对涂层进行修补的要求。修补时，所用无机富锌涂层型号、厂家应该与原涂层完全一致，新旧涂层应该相互对接，若没有设计基准事故模拟实验反映，不得交叠。
（9）涂层质量保障要求。对涂料进行生产、购买、运输、存储时，需应依据10CFFR50中的规定进行，并确保与ASTM D5144中的要求相符合[3]。对于涂装施工、检查的人员，需进行严格的培训与考核。
3.3环氧涂层要求
对于高于操作平台2米的CV内部表面，需将环氧面漆涂于无机锌涂层上，AP1000核电站对环氧涂层的要求如下：
（1）较强的导热性。在35℃的温度中实施测试时，热导率应该在0.3W/（m•k）及以上，干膜厚度在200um以下。依据ASTM E1269进行测试时，比热应该在0.6kj（kg•℃）及以上，湿膜、干膜的热扩散系数应该分别控制在0.9、0.8以上。
（2）干膜的密度。需控制合理。
（3）抗设计基准事故能力。与无机富锌涂层要求一致，
（4）去放射性玷污的能力。可能是由于环氧涂层去污能力都比较强，所以对AP1000核电站进行设计时，西屋公司未对环氧涂层去污能力作出明确要求。
（5）防腐蚀。与无机富锌材料一致。
（6）组分。混合材料中固体分体积应该在60.0%以上。
（7）表面处理要求。进行涂装前，需将锌盐全部清除。
（8）涂层修复要求。尽量对交叠进行避免，如果实在需交叠，则交叠处应该注意过渡。
（9）质量保障要求。对涂料进行生产、购买、运输、存储时，需应该依据10CFFR50中的规定进行
4.结语
相较于现阶段所用核电站，AP1000核电站有较多优势，钢制的安全壳不但能够防腐蚀，而且在事故条件下可对热量进行传导。因此，对AP1000核电站中的钢制安全壳进行设计时，需注重涂层的设计，使涂层能够满足安全壳的防护及导热性能。
参考文献：
[1]李炳颖，林金平，朱瑞峰，等.AP1000核电站施工期间防护涂层失效的原因及对策[J].电镀与涂饰，2015，（6）：331-334.
[2]王国彪，晏桂珍，王洋，等.AP1000核电站钢制安全壳涂层工艺改进[J].电镀与精饰，2015，37（12）：18-22.
[3]张希旭，左云龙，蒲敏，等.AP1000核电站混凝土防腐自流平砂浆涂层施工技术[J].施工技术，2014，43（3）：102-104.
论文作者:赵玉奇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/8/8
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