CPR1000型核電站重要廠用水系統管道的防腐選材設計

劉巖

摘 要： CPR1000是由中國廣核集團所研發推出的改進型1000MW級別壓水堆核電技術方案，它借鑒了法國的M310堆型，再結合我國20年來的漸進式自主創新研發成果，具有較高的技術先進性。本文的切入點是CPR1000型核電站重要廠用水系統管道，對它可能存在的腐蝕風險與防腐選材設計進行了簡要分析。

關鍵詞： CPR1000型核電站；重要廠用水系統；管道；腐蝕風險；選材設計

CPR1000型核電技術被稱為“二代加”，因為它較比二代核電技術在重要廠用水系統上系統管道方面還作出了相應優化，特別是對腐蝕風險的控制與防腐選材的選擇設計，極大程度降低了核電站建設成本，也延長了重要廠用水系統管道的使用壽命。

一、CPR1000型核電站重要廠用水系統的作用與腐蝕風險

（一）系統作用

CPR1000型核電站的重要廠用水系統會通過熱交換器來實現對電站中各個系統的熱量傳送，將熱量傳送到海水中形成載熱海水，最后再排入大海冷卻。為了實現這一功能，重要廠用水系統就涵蓋了抽氣泵、換熱器、鐵柵、海生物捕集器等設備。

（二）腐蝕風險

CPR1000型核電站地處海濱位置，所以它一定會面臨來自于海水的腐蝕風險，海水的腐蝕性會大幅度縮短核電站內設備的使用壽命。這主要是因為在海水中含有大量的氯離子與鈉離子包括其它金屬離子，它們與鹽類離子共同化學作用就會形成強電解質溶液，產生極強的腐蝕性。在我國廣東省的大亞灣核電站所采用的正是CPR1000型核電技術，由于該區域為亞熱帶季風氣候，其海水特性就能夠呈現出上文所描述的結果，形成強電解質溶液直接腐蝕核電站重要廠用水系統，以下給出大亞灣核電站周圍海濱的海水特性指標，如表1。

如表1，在這種環境下海水在重要廠用水系統管道中的流通速度大約在2～2.5m/s，流動速度偏高，而海水本身擁有較大含氧量，在快速流通過程中就容易引發腐蝕現象，這就是均質腐蝕。它所腐蝕的對象通常為表面無任何保護設計的管道部分，在長時間海水流通后管道管壁會逐漸變薄。

其次為縫隙腐蝕，它是指管道局部保護層在破損后海水會灌入保護層，通過破損位置海水死水區域。在該區域內海水會長期與管道基體接觸，但二者會因為存在濃度差異而形成縫隙腐蝕，其最主要表現就是管道局部被穿孔。穿孔后腐蝕性介質還會在管道外表面繼續發揮腐蝕作用，長期腐蝕后它的表現也為管道變薄。

再次為電偶腐蝕，電偶腐蝕是由材質腐蝕電位差異所產生的，某些設備之間由于所選材質電位差異偏大，很容易在潮濕環境下發生電偶腐蝕現象，它的具體表現即為某些低腐蝕電位的材質腐蝕速度較快，例如管道的換熱器連接部分。而換熱器本身的腐蝕電位偏高，所以當管道被腐蝕破損以后不會腐蝕換熱器，這就間接加速了對管道的腐蝕速度，其具體表現除管壁變薄以外，還會出現管道銹蝕。

最后還有點蝕，對于重要廠用水系統而言，由于它沒有在不銹鋼管線表面位置設計任何防腐措施，所以就很容易在長期操作工作后出現點蝕現象，它的表現為管道穿孔。另外點蝕也會引發縫隙裂縫，主要是位于管道拐角位置，即死水區域的的不銹鋼管線表面[1]。

二、重要廠用水系統管道的防腐選材設計

針對CPR1000型核電站重要廠用水系統的防腐材料選擇主要要遵循兩點原則：第一，所選擇防腐材料需要適應于海水；第二，從宏觀上控制中藥廠用水系統中與海水直接接觸的設備數量。由于某些設備難以避免接觸海水，所以主要要圍繞第一點內容來進行防腐選材設計，本文推薦兩種材料：襯膠管和陰極保護管。

（一）襯膠管的選材設計

在核電站中襯膠管是最常見的管線材料之一，它在碳鋼管道內部表面進行襯膠安裝。這種材料能夠將管道管壁與海水阻隔開來，直接阻止海水腐蝕管壁，但如果襯膠管老化或破損，海水會與管道直接接觸并有可能造成閉塞電池腐蝕，最終導致管道穿孔，所以應該對其進行改良設計。具體來講就是首先明確重要廠用水系統的分布位置，它一般分布于泵站和廠房中，為此可以在這些位置直接采用膠板來對管道進行內襯設計，保證內襯厚度要在3.5mm以上，且硬度也不能低于shore A 60級別。在襯膠設計安裝完畢以后就可正常使用管道。該設計能夠保證襯膠管不被損壞，且管道10年內不被海水腐蝕。

（二）陰極保護管的選材設計

陰極保護管是CPR1000型核電技術“二代加”的改進技術亮點之一，它在設計方面采用了BONNA管，解決了原有陰極保護管使用壽命短的缺陷。陰極保護管也同樣采用隔離方法，但是它還額外增加了保護電流方法，兩種設計方法都能保證管道不會被腐蝕。這里以保護電流法為例，它會在管道內表面涂上一層保護涂層，其目的是為了減少電化學保護所需要的電流流量，形成保護電流。如果涂層發生破損，還能通過保護電流來阻止縫隙腐蝕、點蝕等等現象的發生。如圖1。

如圖1，陰極保護管還有輔助陽極，它所采用的是輔助陽極鈦棒與參比電極銀棒，其中輔助陽極鈦棒會安裝在參比電極的基座位置，并焊接于管道表面位置。電極與管道呈現垂直位置，在運行過程中產生保護電流。當然，在保護電流設計方面要求其設計值應該在設計范圍內，避免出現過保護現象。可以考慮將陽極焊接在管道位置上，避免出現由殘余應力所導致的保護不均勻狀況[2]。

總結：

綜上所述，本文主要介紹了CPR1000型核電站重要廠用水系統管道的腐蝕原因及防腐選材設計，希望通過襯膠管、陰極保護管等等來實現對管道內管壁與海水有效阻隔，并形成保護電流進一步強化管道保護作用，取得了一定使用效果，值得推廣應用。

參考文獻

[1] 李大鵬.CPR1000核電站廠用電系統結構與切換方式研究[D].大連理工大學，2016.24-28.

[2] 陳慧，姜媛媛，孫永亮等.CPR1000型核電站重要廠用水系統管道的防腐選材設計[J].全面腐蝕控制，2014，（6）：11-13.endprint