核電站儲罐腐蝕防護策略研究

邢益誠 魏 雄

（蘇州創發人力資源服務有限公司，江蘇 蘇州215004）

0 前言

某核電站屬于亞熱帶海洋性氣候，歷年平均氣溫為21.8℃，年平均降水量2000mm以上，全年多雨，雨季最集中分布在4月～11月，日照2100小時，空氣濕度較大，每年平均的濕度一般大于70%，地域臨近海邊，空氣中的氯離子含鹽量很高，對于金屬的腐蝕性很強。核電站BOP系統儲罐大部分為碳鋼材料，主要面臨以下幾方面腐蝕：戶外除鹽水儲罐底板及地腳螺栓面臨海洋大氣環境下的腐蝕；酸堿儲罐面臨在內襯失效后酸堿溶液的腐蝕；廢液儲罐主要面臨來自低放射性廢液產生的腐蝕。一旦核電站儲罐出現腐蝕并失效會直接影響核電站的安全運行，甚至會危害人身安全，后果十分嚴重，因此針對核電站不同環境的儲罐采取合理的防護手段十分重要，下面本文就核電站儲罐的腐蝕防護策略同大家一起探討。

1 核電站儲罐面臨的腐蝕問題

根據核電站的所在地理位置，核電站儲罐腐蝕主要分為兩類，一類是露天環境下儲罐遭受海洋大氣環境的腐蝕；另一類是儲罐儲存介質的腐蝕，包括以下幾種：除鹽水、酸堿液及廢液介質的腐蝕。下面本文結合核電站的實踐分別來討論以上介質環境下核電站儲罐的腐蝕情況。

1.1 露天儲罐海洋大氣腐蝕

某核電站建造初期由于考慮不足，將PTR/TER/SEL/SER等儲罐處于露天環境，導致該類儲罐面臨嚴重的海洋大氣環境腐蝕，其罐底為發生腐蝕的薄弱環節，包括罐體底部、支撐板及地腳螺栓與水泥基座結合部位等，這些部位往往會成為腐蝕發生的“突破口”。雨水中的氯離子會在地腳螺栓及底部等縫隙處聚集，盡管螺桿和底板有涂層防護，但聚集的氯離子及空氣中氧的共同作用下，防腐涂層很容易失去其保護效果，涂層失效后碳鋼螺栓及儲罐底板易發生腐蝕，甚至會導致螺栓腐蝕斷裂及底部腐蝕穿孔等嚴重問題。

1.2 核電站儲罐面臨的內部腐蝕

1.2.1 除鹽水的腐蝕

核電站除鹽水儲罐主要為二回路供應冷卻水及常規島泵和閥填料密封水，內部介質為來自SDA系統生產的除鹽水，其pH值為9。由于核電站二回路對除鹽水的水質有嚴格的要求，普通環氧涂料往往難以滿足要求，容易造成二回路水質中硫酸根濃度超標，為了滿足這一要求該電站采用了國外某廠家生產改性環氧涂料，在滿足水質需要的同時，又保證了碳鋼儲罐內部不易發生腐蝕。由于防腐涂層兩側滲透壓不同，除鹽水滲透壓高于涂層內部，導致水分子在高滲透壓作用下向涂層內遷移，當涂層內水張力大于涂層附著力時就會造成涂層鼓泡，碳鋼基體在溶解氧的作用下發生腐蝕，但除鹽水中經過化學水處理，水中雜質離子濃度極低，碳鋼在除鹽水中發生腐蝕的速率很低，通常不會發生儲罐腐蝕穿孔等嚴重腐蝕問題，但值得注意的是涂層的脫落可能會造成設備的阻塞影響設備的正常運行，金屬基體的銹蝕可能會影響二回路水質。

1.2.2 酸堿性介質的腐蝕

在核電站的運行過程中除鹽水的生產系統及凝結水凈化和處理系統會使用一定量的酸堿。這些酸堿儲罐少數為玻璃鋼儲罐，其余大多都是碳鋼內襯氯丁橡膠儲罐。常溫條件下堿液對氯丁橡膠的腐蝕性較低，碳鋼基體在堿性環境下不易發生腐蝕，電站檢修大綱會定期對儲罐內部進行清理檢查，儲罐出現腐蝕穿孔失效的幾率較低。當儲罐內部儲存高濃度鹽酸時，由于鹽酸極易揮發產生氯化氫氣體，氯化氫氣在潮濕環境下體會加速氯丁橡膠老化。初期老化通常是自動氧化脫出HCl，分解比較慢，后一階段由于氧化分解產生氯化氫導致斷聚合物的分解雙重反應，分解速度會加快，這一過程斷鏈占優勢，斷裂的主鏈由于缺少可以再作用的雙鍵而不能相互結合，最后是高分子鏈變成分子碎片，從而使橡膠老化失去保護作用[1]。碳鋼基體在失去內部襯膠保護后，鐵和鹽酸發生如下化學反應：Fe+2HCl=FeCl2+H2，氯化鐵易溶于水并水解產生鹽酸，故這一腐蝕反應會非常迅速，一旦儲罐出現破損泄露的鹽酸產生大量鹽霧會對廠房內其他設備造成嚴重的腐蝕，如圖1。

圖1 某電廠儲酸罐襯膠破損罐子腐蝕穿孔

1.2.3 核電站廢液介質環境的腐蝕

核電站SEL/TER系統儲罐用于收集來自常規島及核島的低放射性廢液，因廢液中含有較多的腐蝕性較強的介質，腐蝕環境較惡劣，國內大多核電站廢液罐都采用使用的是碳鋼材質制成，內部采用涂層防護，因廢液中含有大量穿透性較強的介質，可穿透涂層到達金屬基體表面而使防腐層起泡，造成金屬與防腐層之間形成較小的縫隙，發生膜下腐蝕。罐壁的腐蝕易發生在氣液交替部位，液面上氧濃度高，液面下氧濃度逐漸降低，從而引起氧濃度差電池腐蝕，氧濃度高的部位充當陰極，氧濃度低的部位充當陽極。

核電廢液罐體積約五十多立方米，內部存放放射性廢液。目前核電站都有廢液罐的內部定期檢查及維修，人員進入罐體檢查前需穿戴氣衣，檢查的方法目前只是依靠目視，難以發現罐底及罐子中上部的腐蝕缺陷。

2 防護策略研究

2.1 合理選材

儲罐的合理選材至關重要，合理選材需滿足以下要求：（1）材質滿足基本的力學性能；（2）材質滿足所處的環境；（3）經濟效益最佳。如除鹽水罐腐蝕環境相對較弱，優質的低合金鋼能滿足罐子的焊接及其他力學性能要求，采用涂層防護即可保證設備的正常運行，經濟效益最佳。濃鹽酸環境中，單純使用不銹鋼及碳鋼材料都不耐腐蝕，同樣選用內襯材料進行保護時，由于碳鋼的制造成本相對較低，可優先選用。三氯化鐵儲罐因含有較高的氯離子與強氧化性Fe3+腐蝕性較強，可選用玻璃鋼罐，玻璃鋼以玻璃纖維為增強材料，以熱固性樹脂為基體的復合材料，能耐三氯化鐵的腐蝕。

2.2 選擇合理的防護措施

海洋大氣環境下的露天儲罐，罐子底板及地腳螺栓為易發生腐蝕的部位，采取傳統的涂層防護方法需經常維修，保護效果不佳。可以選擇新的防腐工藝進行防護，如使用粘彈體材料進行防護，目前粘彈體材料主要廣泛應用在石油行業管道、閥門、法蘭及罐子底板防腐，粘彈體材料是一種永不固化的粘彈性聚合物，具有很好的附著力、流動性及阻水性，能有效的阻隔空氣中的氧氣與金屬基體接觸，從而起到防護作用。罐底裙邊使用的粘彈體材料有粘彈體防腐膠帶、防腐膏、法蘭防腐劑及玻璃纖維外護帶，防護效果較傳統的涂層防護好，但需注意其施工過程的質量控制。罐子底部其他區域可以采取環氧加聚氨酯涂層防護，施工簡單，防腐效果較好。

對于酸、堿、海水等強腐蝕介質的的環境中，一般設備均采用橡膠內襯進行防護，合格的氯丁橡膠可以忍受苛刻的腐蝕環境。但是若橡膠內襯損壞后，強腐蝕介質直接作用在設備本體，在短時間內造成設備的穿孔等嚴重腐蝕問題。所以在襯膠設備運行之前，必須進行嚴格的檢查，對有缺陷內襯及時處理。

除鹽水、廢液及潤滑油罐可采用涂層防護，涂層防護需滿足如下幾個要求：（1）技術可靠，選用的涂層防腐性能好，水滲透性低，附著力強，滿足使用環境要求等；（2）經濟合理，保證滿足防腐效果條件下，費用成本低；（3）能滿足現場施工設備及施工環境的要求。

2.3 加強防腐涂層的調研

核電廠大多儲油及儲水罐采用涂層防護，目前大多儲罐內壁涂層都存在大量的鼓泡，近年來我國工業防腐涂料得到快速發展，涂料產品種類繁多，防腐性能也大大提高，需加強涂層調研，選擇適合出防腐性能更佳的新涂料。

2.4 采用新的檢測方法及定期維護

核電廠都制定了合理有效的防腐預防性檢查大綱，目前儲罐檢查只是依靠目測，難以發現隱蔽缺陷，可以調研引進先進的檢查儀器，如采用聲發射技術和超聲波技術進行儲罐的缺陷檢測及壁厚測量。借助儀器檢查能夠全面、準確的發現設備隱蔽腐蝕缺陷。在檢查發現的設備涂層起皮、鼓泡及脫落等情況需及時維修，如暫無需維修需做好記錄以便下次檢查的跟蹤對比，采取襯膠防護的儲罐腐蝕環境強，需加強定期維護，發現襯膠缺陷及時進行維修并做好施工過程的質量控制與維修記錄。

3 結束語

綜述所述，合理科學的腐蝕防護方法能經濟有效的防止設備發生腐蝕，隨著技術的進步，越來越多的防腐技術和防腐材料應用到設備中來，設備的防腐效果越來越好，相信未來儲罐的腐蝕問題也會得到更好的解決。

［1］李昂.橡膠的老化現象及其老化機理[J].特種橡膠制品,2009(05).

［2］史玉穎,等.煉油廠儲罐腐蝕檢查及防護措施[J].安全與環境工程,2014(05).

［3］劉松杰.長輸管道粘彈體防腐補口方法應用[J].管道技術與設備,2014(03).

［4］唐洪艦,等.油庫油罐罐底腐蝕狀態分析及防腐對策[J].廣東化工,2006(05).