摘要：本文阐述了我国核电站海水系统不锈钢的选型及常见失效形式，并提出了相应的腐蚀防护方案，对核电海水系统不锈钢设备腐蚀管理提出了可行性建议。
关键词：核电；不锈钢；腐蚀；策略
Study on corrosion protection strategy of stainless steel equipment in seawater system of nuclear power station
Zou jiajun
Shenzhen relabo nuclear energy technology development Co.，Ltd，shen zhen 518120
Abstract：This paper expounds the selection and common failure forms of stainless steel in seawater system of nuclear power plant in China，puts forward the corresponding corrosion protection scheme，and puts forward some feasible suggestions for corrosion management of stainless steel equipment in nuclear power seawater system.
Keywords：nuclear power；stainless steel；corrosion；strategy
1 前言
我国滨海核电站通常利用海水作为冷源，与系统设备产生热交换，最终将热量带入大海。众所周知，海水盐分和氯离子含量高，具有较强的腐蚀性，海水冷却系统与海水直接接触的设备必须做好相应的防腐措施，不锈钢作为耐蚀等级较高的材料被广泛运用于制造海水系统设备。但是从我国核电运营二十多年的经验来看，不锈钢在海水环境中并非不会发生腐蚀，一旦设备发生腐蚀穿孔，会影响到冷源系统正常运行，严重的会威胁到核安全，因此从设计或者防护策略上来减缓腐蚀失效的需求日益强烈。
2 核电站海水系统设备不锈钢选型
核电海水系统不锈钢选材除了考虑耐蚀性，还得兼顾物理性能、化学性能、工艺性能、经济性等方面[1]。我国现有堆型海水系统不锈钢选材主要包括：
（1）奥氏体不锈钢。此类不锈钢以304L和316L为代表，但304L已被证实不具备耐海洋腐蚀性能，316L钢只能在一定环境和温度下的脱氧后的海水中使用，在自然海水中使用必须搭配其它辅助防护措施[2]。316L一般应用于海水系统仪表类管线或者其它便于更换的海水过流部件（如滤网，紧固件等），钢闸门、粗格栅、细格栅、加氯框等设备也是316L材质，但需要外加阴极保护或涂层防护来增强耐蚀效果。
（2）双相不锈钢。与奥氏体不锈钢对比，双相不锈钢强度高，且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀明显提高，对于要求配合密切，长期不漏或要求使用年限长的设备一般选用此类不锈钢，例如CPR堆型的循环水和重要厂用水泵叶轮、二次滤网过流部件、循环水和重要厂用水主管道蝶阀等。
（3）超级奥氏体不锈钢。超级奥氏体不锈钢具有很强的抗点蚀、缝隙腐蚀、氯离子应力腐蚀和抗晶间腐蚀能力尤其对硫酸根离子、氯离子等酸根离子有很好的耐腐蚀性，可以使用在极其恶劣的工作环境下，因此超级奥氏体不锈钢的应用越来越广泛，AP1000堆型机组厂用水系统（SWS）主管道和EPR堆型重要厂用水系统（SEC）主管道及泵体过流部件均为此类钢种。
3 核电站海水系统不锈钢腐蚀失效类型
核电海水系统不锈钢均采用优质不锈钢，均匀腐蚀速率小于0.1mm/a，因此运行期间基本不用考虑均匀腐蚀，失效形式主要体现为局部腐蚀，具体表现形式有：
（1）晶间腐蚀。不锈钢晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒间界受到腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部破坏现象，主要原因是不锈钢在冶炼、焊接和热处理过程中不可避免的使其化合物（主要是铬碳化合物）在晶界析出，而造成晶界附近区域贫Cr，导致晶界附近区域耐蚀性降低，笔者执行设备巡检时发现海水不锈钢管道穿孔多先发生于焊缝热影响区，原因是焊接过程中造成热影响区铬碳化合物沿晶界析出造成该区域耐蚀性降低。
（2）孔蚀。海水环境的不锈钢孔蚀几乎不会造成设备重量损失，因此不容易被发现。孔蚀产生的原因与海水中的氯离子密切相关，一般认为是氯离子溶解破坏钝化膜，钝化膜的破坏点与附近完好区域形成小阳极大阴极组合，在微阳极内金属加速溶解，相应的氯离子溶度增加，高溶度的氯化物水解又使蚀孔内溶液的PH值下降，进而加速金属腐蚀。研究表明，低流速或“死水”通常会引起孔蚀，而很高的流速则能阻止腐蚀产物沿表面浓缩，并减缓孔蚀的趋势[3]。从核电内部经验反馈来看，循环水过滤系统（CFI）的反冲洗管（316L材质）、循环水系统（CRF）的排污管（316L材质）、循环水系统（CRF）的虹吸管（316L材质）是孔蚀发生的高频区域。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（3）缝隙腐蚀。缝隙腐蚀的发生机理与孔蚀类似，也是氯离子的滞留和氯化物的水解，局部形成酸性环境，加速金属腐蚀，因缝隙客观存在，所以缝隙腐蚀比孔蚀更容易发生。这种腐蚀多发生在不锈钢的法兰连接处。某电厂反馈重要厂用水系统（SEC）贝类补集器滤网边缘腐蚀以及不锈钢法兰盘腐蚀就属于缝隙腐蚀。
（4）电偶腐蚀。由于腐蚀电位不同，异种金属彼此接触或通过其它导体连通，处在同一介质中，造成异种金属接触部位的局部腐蚀，就是电偶腐蚀。核电不锈钢电偶腐蚀主要发生在和换热器连通的阀瓣，换热器管板为钛合金材质，腐蚀电位较不锈钢高，不锈钢阀瓣边角、突出部位或其他缺陷部位，因为更容易放电，腐蚀现象显得尤为突出。
（5）冲刷腐蚀。高速度的腐蚀流体，即腐蚀流体与高速度的结合对材料造成的损伤称为冲刷腐蚀。海水管道的弯管、变径、叶轮等能够改变流动方向或速度并增强涡流的部位易发生冲刷腐蚀，像我国的秦山核电站地区，由于海水中泥沙含量高，循环水泵叶轮的冲蚀问题一直是困扰电站稳定运行的一个因素。
4 腐蚀防护策略研究
海水由于其较高的腐蚀性，想彻底避免腐蚀现象发生是不可能的，笔者从事多年设备腐蚀管理，总结出几点方案可以减缓核电海水系统不锈钢腐蚀。
4.1 合理选材。
（1）合理选择不锈钢牌号。研究表明，耐点蚀当量值（PRE）越高，不锈钢耐蚀性越好。RPE当量超多35%时，海水中不锈钢材料发生点蚀和缝隙腐蚀现象很少，而超过40%时，基本不发生点蚀和缝隙腐蚀现象[4]。对于容易更换的部件，例如仪表类管线，可以选择耐海水腐蚀性一般但价格低廉的316L材质；对于出现故障就影响设备运行，或者设备内部不便更换的构件，建议使用耐蚀性更高的材质。某电厂CRF测温套管设计材质为304L，后因腐蚀问题更换为S31803双相不锈钢，从根本上解决了频繁更换的问题。
（2）碳钢衬胶或碳钢浸塑设计。这种设计已被广泛运用于核电厂海水系统，并经受了多年考验。例如重要常用厂用水系统（SEC）、循环水系统（CRF）、辅助冷却水系统（SEN）等主管道为碳钢内衬氯丁橡胶设计。经过调研，多个电厂已对孔蚀严重的不锈钢管段改造成碳钢加内衬设计，例如福清某电厂CRF排污管及虹吸管改造成碳钢浸塑设计，阳江某电厂CFI排污管改造成碳钢内衬氯丁橡胶设计。
4.2 涂装防护。
RCCM规定的不锈钢牌号，PRE当量范围中在11.5-28%之间，故RCCM中规定的不锈钢牌号均不耐海水腐蚀[4]，但更高耐蚀等级的不锈钢又不满足RCCM要求，这种情况可以考虑对不锈钢与海水接触表面涂装来加强耐蚀性能，例如陶瓷涂层和纳米涂层已被应用于某电厂CFI反冲洗喷淋管道内外表面防腐，目前反馈效果良好。涂装对改善不锈钢缝隙腐蚀有也很好的效果，具体方法为用耐海水涂层填充法兰间隙、配合面等缝隙部位，以达到隔绝海水的目的。
4.3 阴极保护。
阴极保护也可作为海水系统不锈钢的防腐措施，分为牺牲阳极和外加电流，这两种保护方式均已在核电站被采用。牺牲阳极一般用于位置孤立、形状简单且易于更换的小型部件，例如粗格栅、细格栅、二次滤网等设备。外加电流一般用于大型且结构形状复杂的设备，例如加氯框、鼓网等设备。阴极保护体系需定期检查，牺牲阳极消耗超过2/3则需要更换，外加电流需定期巡检设备状态和测量实际电位，避免出现读数不准或电流欠保、过保现象。
4.4 绝缘处理。
根据电偶腐蚀发生的三个必备条件：存在腐蚀电解质、电位差和导电连接，不改变原有设计的前提条件下，消除导电连接是唯一可行的。目前核电厂通行的措施是对被保护构件做绝缘处理，例如某核电厂和SRI换热器（钛合金材质）相连的SEN蝶阀（双相不锈钢材质）出现大量腐蚀坑，后期改造除了对阀瓣增加涂层防护外，另对蝶阀连接法兰和螺栓均做了绝缘衬套处理，由于SRI换热器与阀门连接同一个接地网，同时在接地线上增加去耦合器，以达到阻断直流及导通交流的目的，防止钛板与蝶板形成腐蚀电池。
4.5 建立预防性维修大纲。
目前各个核电厂均已建立较为完善的预防性维修大纲，根据设备的腐蚀敏感性、重要性等制定检查周期、准备修复预案，若检查发现腐蚀问题可以及时修复或更换备件，同时预防性维修可以反过来验证当前防腐体系的可靠性。
5 结束语
综上所述，合理选材和建立完整的防腐配套体系是可以大大减缓不锈钢在海水环境中腐蚀的，同时我们防腐从业人员在工作中要不断学习总结国内外经验反馈，吸收新技术，优化目前的防腐体系。
参考文献：
[1]刘千帆 核电领域用不锈钢材料简介，2010
[2]何德孚 海洋腐蚀环境及船用不锈钢管选材备考，2016
[3]鲍其鼐 氯离子与冷却水系统中的不锈钢腐蚀，2007
[4]申罡 核电厂海水用不锈钢调研分析报告，内部资料
论文作者:邹家军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：不锈钢论文; 海水论文; 系统论文; 设备论文; 核电论文; 缝隙论文; 材质论文; 《基层建设》2019年第12期论文;