核電站海水管道陰極保護狀態下的腐蝕監測

胡釗

摘? ?要：雖說利用海水冷卻核電站設備運行產生的熱量具有“取之不盡、用之不竭”的優勢，但因為海水中的鹽分和氯離子含量較高，所以擁有較強的腐蝕性，因此只有做好設備的防腐保護才能夠實現海水資源的合理利用。現階段由于海水腐蝕問題引起的管道故障和設備失效已成為了影響其海水系統正常運轉的主要因素，因此必須要在做好腐蝕防護的基礎上加強管道及設備的腐蝕狀態判定和腐蝕速率監測，這將為保障其海水系統的正常運轉以及強化各類管道設備的運營管理打好基礎。本文中筆者在匯總相關資料的基礎上對這類問題進行了分析探究，希望對進一步推進相關工作的優化落實有所啟示。

關鍵詞：核電站? 海水管道? 陰極保護? 腐蝕監測

中圖分類號：TG174.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0035-02

1? 管道腐蝕狀態監測方法的基本概述

物理監測法以及化學監測法是管道腐蝕狀態監測作業中最常見的監測方法，前者主要通過對銹蝕位置的電阻、熱傳導以及電磁等參數進行測定來反映實際腐蝕狀態，具體主要包括渦流法、射線法以及紅外熱像法。雖說物理監測法已在實際作業中得到了相對廣泛的應用，但結合實際工作現狀分析還是化學監測法要更具優勢。值得注意的是，化學監測法不僅可以準確測定出管道及相關設備的腐蝕程度，而且能夠準確展現出實際腐蝕過程的內在機理信息[1]。

隨著各類輔助技術的不斷完善，電化學腐蝕狀態監測技術已成為了金屬無損監測中應用最為廣泛的技術，也正在逐漸受到重視。未來相信其應用范圍將得到進一步拓展，但需要強調的是以“電位監測技術”為主的現場管道腐蝕監測方式可能在特定情況下無法反映出管道的實際腐蝕狀態。

2? 電化學防腐視角下管道的腐蝕因素及防護機理

2.1 造成腐蝕的具體因素

核電站海水系統的腐蝕主要是管道內輸送的介質造成的。海水是一種特殊的混合物，雖說它可以帶走核電站設備的熱量，但卻具有組織成分不均勻性以及電化學不穩定性等特點。從材料性質著手分析，金屬的性質是“均一”的，然而海水中含有的各類元素、物質則會在很大程度上加重其與之接觸面的電化學腐蝕程度。腐蝕后的產物與“垢（主要成分為碳化鈣）”會在管道內壁沉積，如果不能進行及時有效地處理則會再次造成“垢下腐蝕”。

當管道內壁與海水進行接觸時，金屬材料原本的“均一性”便會遭到破壞，這一變化會影響到管道內壁物理狀態與組織結構的穩定性[2]。最后管道內壁會出現很多陽極與陰極區，海水流動所產生的微電流會使管道內壁的電子從陽極區流動到陰極區，這一過程結束之后陰極區內的金屬會失去電子而成為離子，進而溶解到海水之中。這就是陽極區位置的金屬易受到腐蝕的主要原因（核電站相關設備因為海水而造成的腐蝕與之原理相同）。雖說個別位置上的微電流值幾乎可以忽略不計，但這一數值在整個管道內壁卻會被成倍疊加。

2.2 管道及設備腐蝕的具體防護

核電站海水系統內的管道為了保障使用壽命一般在制作或安裝時都會采用防腐涂料，之后還會通過“陰極保護”加強對于腐蝕狀態的監測與控制，兩種方法一同使用可以提高保護效果。

簡單來說，陰極保護即對被保護管道及設備等金屬結構施加保護電流，讓其“陰極化”，進而降低并消除電化學腐蝕作用的方法。在海水作用下核電站管道及設備產生的腐蝕主要是“電化學腐蝕”引起的，所以只要通過恰當的措施抑制這一“腐蝕反應”，便可以從源頭解決這一問題。實際操作過程中，流經金屬結構表面的電子首先會流向陽極區，其電位則會因此而進一步降低，從而使其完成“陰極極化”。之后電流進一步增大時，金屬結構表面陰極區的負極化也將會增大，隨著極化的逐步深入陰極區與陽極區的電位差會逐漸變為0，這時管道內壁及設備等金屬結構上存在的腐蝕電流就會徹底消失。到這一環節，陰極保護順利完成。

結合相關行業發展現狀及實際工作經驗分析，陰極保護是目前金屬防腐作業中最有效的措施。當然在通過技術及操作流程革新發揮陰極保護技術特殊作用的基礎上還需要加強電化學腐蝕的監測。

3? 電化學腐蝕監測技術

多功能腐蝕傳感器是前文中提到的用以管道內部腐蝕速率監測的核心構件，結合實際行業發展現狀分析，這是一種專門用以管道腐蝕狀態監測及腐蝕程度判定的新技術。實際應用中，它可以準確測定出通電狀態下的管道的腐蝕特性，并反映出自然狀態下管道及核電站海水系統設備的腐蝕特征。在此基礎上，它還能夠獲得管道及設備在陰極保護狀態下的保護度。其外形結構具體如圖1，主要由1支高純鋅參比電極、2支研究電極和1支輔助電極構成。

3.1 腐蝕狀態測試

其實金屬材料的腐蝕電位與其腐蝕狀態之下存在著相互對應的關系。我們可以通過監測工作電極與參比電極間的電位差獲得陰極保護之前的金屬自然腐蝕電位和陰極保護后的工作電極保護電位，之后就可以參照電位—PH圖獲得最終的電位監測結果及腐蝕狀態。

3.2 保護度測試

首先是利用線性極化法測量自然腐蝕電流。實際操作中，依靠三電極體系在工作電極的腐蝕電位附近進行極化處理，再利用腐蝕電流與極化曲線間的比例關系可以求得實際腐蝕速率，兩者在腐蝕電位附近的斜率成反比。線性極化法在策略自然腐蝕電流時對金屬腐蝕情況的變化擁有較快的反應速度。此外，它還能夠連續、不間斷地跟蹤設備腐蝕速率及變化情況。最后以相同陰陽極極化條件下響應電流的不對稱性為依托，我們可以進一步探明設備或管道的孔蝕及其他位置的腐蝕狀況。

其次利用電化學阻抗譜法測量陰極保護狀態下的腐蝕電流變化。如果用電阻、電容等“理想元件”表示體系的法拉第、空間電荷與電子和離子的傳導過程，就可以將非均態物質的微觀分布闡釋清楚。之后對處于穩定狀態的三電極體系施加一個趨近于無限小的“正弦波擾動”，最可以得出陰極保護狀態下的腐蝕電流變化。

4? 結語

目前上文中提到的多功能腐蝕傳感器及監測探頭已經被應用到了核電站的重要廠用SEC管道。這一環節的改革不僅實現了管道及設備腐蝕監測效率的全面提升，而且在很大程度上提高了監測的準確度，以此為起點通過相關細節的優化改革我們可以創新對于核電站海水管道的保護管理。與以人工肉眼為主的腐蝕監測模式相比，該方法的優勢非常明顯。以上筆者對此類問題進行了分析探究，希望對推進多功能腐蝕監測探頭的實踐應用有所幫助。

參考文獻

[1] 邢益誠.核電站海水系統管道腐蝕防護策略研究[J].全面腐蝕控制，2015，29（5）：37-39.

[2] 紀大偉. 管道內壁腐蝕監測技術研究[D].大連理工大學，2010.

[3] 張磊，林斌，高玉柱，等.核電站海水管道陰極保護狀態下的腐蝕監測[J].全面腐蝕控制，2014，28（11）：45-47.