秦山核電廠海水管道內壁陰極保護系統有效性評價

趙衛東，周 澄，劉洪群，吳昉赟，張 維

(1.中核核電運行管理公司，浙江 海鹽 314300;2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

秦山核電廠是我國自行設計建造的第一座30萬kW核電廠，位于杭州灣北岸，它的發電廠用海水為冷卻介質，海水的引水和排水管道是A3碳鋼管。海水幾乎含有地球上所有的元素，是一種成分很復雜的天然電解質，其較強的腐蝕性會對核電廠系統中的金屬結構產生嚴重的腐蝕[1-2]。杭州灣海水水質屬近岸海水，pH值為7.9～8.4，氯離子濃度平均為7000 ppm，電阻率約為80 Ω·cm，含砂量為3～4 kg/m3，懸砂粒徑平均為0.02 mm。海水系統管道內海水的流速約為3.5 m/s[3]。

為了保證秦山核電廠海水的正常供應和排放，秦山核電廠設計有“廠區二回路海水管道內壁陰極保護系統”，對大口徑海水管道(φ1420 mm×14 mm、φ1600 mm×14 mm、φ2600 mm×20 mm，直徑×壁厚)采用水泥砂漿襯里和外加電流陰極保護的聯合保護方法[4]，輔助陽極選擇鍍鉑鈦陽極，陰極保護電位范圍為-0.80～-1.10 V(相對于Ag/AgCl參比電極)。為了檢查海水管道內壁陰極保護系統的效果，上海冶金研究所在設計陰極保護方案時，在一條進水管上設置了17號檢查井，在一條排水管上設置了18號檢查井。檢查井中懸掛有與管道連通的試片(通電狀態)、與管道絕緣的試片(不通電狀態)以及用來監測試片電位的Ag/AgCl參比電極。本文通過對懸掛2.4 a后取出的掛片試樣的宏觀腐蝕形貌和腐蝕速率的研究，比較了兩種試片的腐蝕程度，對秦山核電廠海水管道內壁陰極保護系統的效果做出了評價。

1 試驗

試片材質為A3鋼，與管道材質相同，尺寸如圖1所示。試片不做涂裝處理，表面及側面經1000號細砂紙打磨并用丙酮和酒精除油、清洗、干燥后，用精度為0.1 mg的分析天平稱重，然后放置在兩個檢查井中，2.4 a后取出，去除試片表面的腐蝕產物后對其進行稱重、宏觀形貌觀察以及腐蝕孔深度的測量，并對照表1中的標準對其耐蝕性進行評價。

圖1 試片的外形尺寸(厚度：5 mm)Fig.1 External dimensions of the test piece(thickness:5 mm)

表1 金屬耐蝕性十級標準[5]Table 1 Ten-level standards of metal corrosion resistance[5]

按公式(1)計算評價試片的孔蝕程度：

P=D/d

(1)

式中，P——孔蝕系數；

D——試片最大孔蝕深度，mm；

d——按均勻腐蝕計算的試片平均腐蝕深度，mm。

2 驗證和評價

在17號檢查井中掛設2.4 a后的不同狀態下的A3鋼試片的宏觀腐蝕形貌如圖2所示，可以看出：(a)試片在裸露+不通電狀態下腐蝕嚴重，有一角已經被腐蝕掉，且表面有細斑；(b)試片在外加保護電流通電狀態下的表面接近原始表面，沒有發生明顯腐蝕。

圖2 17號檢查井中不同狀態下A3鋼試片2.4 a后的表面宏觀形貌(a)裸露+不通電；(b)裸露+通電Fig.2 The macro surface morphology of the A3 steel test piece under different conditions in the 17# inspection well after 2.4 years(a)Bare + poweroff；(b)Bare + power on

在18號檢查井中掛設2.4 a后的不同狀態下的A3鋼試片的宏觀腐蝕形貌如圖3所示，可以看出，兩種試片表面均有深淺不一的凹坑和細斑點，但裸露+不通電狀態下的試片邊緣有被腐蝕掉，情況較嚴重。

圖3 18號檢查井中不同狀態下A3鋼試片2.4 a后的表面宏觀形貌(a)裸露+不通電；(b)裸露+通電Fig.3 The macro surface morphology of the A3 steel test piece under different conditions in the 18# inspection well after 2.4 years(a)Bare + poweroff;(b)Bare + power on

表2列出了裸露的A3鋼試片懸掛2.4 a后的腐蝕數據，結合圖4可以看出，試片的均勻腐蝕速率均達到均勻腐蝕評定十級標準的尚耐蝕級或尚耐蝕級以上，但存在一定孔蝕傾向。17號檢查井被通電保護試片的均勻腐蝕速率很低，達到很耐蝕級，但18號檢查井中的試片均勻腐蝕速率均只有尚耐蝕級，主要原因是該處沒有達到保護電位。

圖4 不同狀態下A3鋼試片海水腐蝕結果(a)腐蝕速率;(b)最大腐蝕深度Fig.4 Seawater corrosion results of the A3 steel test piece under different conditionsa)Corrosion rate;b)Maximum corrosion depth

表2 A3鋼試片的腐蝕數據Table 2 Corrosion data of the A3 steel test piece

3 結論

1)海水對裸露沒有被保護的A3鋼有很強的腐蝕性，平均腐蝕速率可達0.35 mm/a，也有一定程度的孔蝕傾向；

2)秦山核電廠海水管道內壁陰極保護系統是有效的，通過外加電流的保護方法可極大地降低A3鋼海水管道的均勻腐蝕速率，大大地延長海水管道的壽命。