秦山核電海水系統(tǒng)防污漆的應(yīng)用

江 鋒 趙衛(wèi)東 劉洪群

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

0 引言

秦山核電站位于錢塘江與長江入海交匯處的杭州灣北岸，投入運(yùn)行的機(jī)組均采用海水作為最終冷源。

杭州灣海水不僅含沙、含鹽量高，對(duì)設(shè)備沖刷、磨蝕作用嚴(yán)重，并且海水中還生長著大量的海洋生物，隨同海水進(jìn)入海水冷卻設(shè)備，進(jìn)而產(chǎn)生污損生物附著問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)。因此調(diào)查研究秦山核電所處海域生態(tài)特點(diǎn)及生物污損狀況，研究、發(fā)展各種有效的防污技術(shù)手段，并在核電廠海水系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中有效地采取合理的應(yīng)對(duì)措施是非常必要的。

1 秦山核電所處海域生態(tài)特點(diǎn)

1.1 秦山核電所處海域的海水特點(diǎn)

秦山核電站鄰近海域位于杭州灣北側(cè)，杭州灣岸線曲折，由于灣面從寬到窄急行收縮，導(dǎo)致潮流作用強(qiáng)勁，潮汐現(xiàn)象明顯，潮位變化較大，是我國著名的強(qiáng)潮河口灣，沉積環(huán)境不穩(wěn)定，海水中夾雜大量泥沙。

溫度和鹽度是影響附著海生物水平分布的主要因素。海水溫度受太陽輻射影響，具有明顯的季節(jié)變化，以7月最高，1月為最低，污損生物種類同樣隨季節(jié)變化明顯，夏季最多，秋季次之，冬春兩季較少，這與海水溫度密切相關(guān)。同時(shí)因受潮汐控制，海水鹽度受徑流，潮汐和灣外入侵海水影響，總體呈現(xiàn)低鹽特點(diǎn)。

1.2 水域存在的污損生物

海洋污損生物又稱海洋附著生物，是海洋環(huán)境中附著、棲息在船舶和各類海洋工程設(shè)施上，引起經(jīng)濟(jì)損失，造成生物危害的動(dòng)物、植物和微生物的總稱[1]{Lejars，2012 #1；Lejars，2012 #1}。薛俊增等對(duì)杭州灣入口處洋山港碼頭污損生物的群落結(jié)構(gòu)及多樣性進(jìn)行了研究，文中闡明網(wǎng)紋藤壺、僧帽牡蠣及凸殼肌蛤，是構(gòu)成附近海域附著生物的主要類群[2]。藤壺和牡蠣，也是我國最為常見的兩類污損生物。

藤壺是各項(xiàng)海洋設(shè)施上最為常見的污損生物，分布十分廣泛，藤壺對(duì)海水中鹽度、溫度適應(yīng)能力極強(qiáng)，在不同的環(huán)境條件下，藤壺種類不同，杭州灣海域中網(wǎng)紋藤壺處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。藤壺各季附著的強(qiáng)度總體來說不同，其附著的生物量呈現(xiàn)夏、秋季較高，冬季最低的趨勢(shì)。藤壺在生長過程中會(huì)在附著基底表面分泌一種海水不能降解的粘合劑，并且阻止其他海生物幼蟲的附著[3]，因此藤壺極易成為污損生物的優(yōu)勢(shì)種。

牡蠣俗稱海蠣子、大蠔等，一般生活在潮間帶和潮下帶水深不超10m的范圍內(nèi)。牡蠣是抗逆性最強(qiáng)的水生動(dòng)物之一，潮間帶多變的環(huán)境練就了牡蠣對(duì)溫度、鹽度、露空和海區(qū)常見病原極強(qiáng)的抵抗能力，能夠耐受夏天酷熱干燥的天氣，同時(shí)也能夠成功適應(yīng)冬天冰凍天氣。

2 防污漆的分類特點(diǎn)

2.1 無錫自拋光防污涂料

以丙烯酸硅烷酯、丙烯酸銅及丙烯酸鋅聚合物作為樹脂基料的無錫自拋光防污涂料是目前應(yīng)用最廣泛的，主要防污機(jī)理是：通過丙烯酸聚合物在海水中的水解或離子交換來保證防污劑的平穩(wěn)滲出，從而實(shí)現(xiàn)防污效果，其本質(zhì)是一種離子交換型高分子材料。

盡管丙烯酸銅、硅或鋅等無錫自拋光防污涂料通過與海水作用實(shí)現(xiàn)殺生劑的有效控釋，可滿足長效自拋光防污需求[4]，但是由于其需要海水沖刷的特性，主要應(yīng)用于海上的移動(dòng)設(shè)施，靜止?fàn)顟B(tài)下的防污效果不佳，高拋光速率使涂料表面容易形成釋出層，往往釋出層厚度會(huì)隨著拋光時(shí)間的延長而增厚，造成釋出層孔隙路徑增長，后期會(huì)影響殺生劑的有效滲出。因此該類型防污涂料實(shí)際應(yīng)用有效的防污時(shí)間為3年，部分可達(dá)5年，但是無法達(dá)到有機(jī)錫防污涂料的高效防污效果[5,6]{Anon，1993 #14；Anon，1993 #14;Anon，1993 #14}。

2.2 低表面能防污涂料

低表面能防污涂料的防污原理是通過對(duì)涂膜原漿、施工工藝等進(jìn)行特殊方式的改善或改變，改變漆膜表面性質(zhì)，達(dá)到海洋生物難以在上面附著、生長的目的，即使附著也不牢固，在海水的流動(dòng)或沖刷等外力作用下很容易脫落，不影響基材的使用及基材特性。

一般認(rèn)為，涂層的表面能低于2.5×10-4N/m時(shí)，即涂料表面與液體的接觸角大于98°時(shí)，涂料才具有較好的防污效果[7]，并且低表面能防污涂料主要是基于涂層低表面能的物理性能，污損生物難以附著，即使附著也不牢固，不存在毒性物質(zhì)的釋放損耗問題，從而達(dá)到防污效果。目前比較熱門的低表面能材料主要有有機(jī)硅化合物類、有機(jī)氟化合物類及硅氟樹脂三大類。

2.3 仿生防污涂料

仿生防污涂料概念源自人們對(duì)生物附著機(jī)理的認(rèn)識(shí)，對(duì)海洋鯊魚、鯨魚、海豚等大型海洋動(dòng)物的表皮狀態(tài)進(jìn)行模仿，研究出具有特殊表面性能的涂層。華盛頓大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種新型防污涂料，它模擬了海豚表皮的纖維結(jié)構(gòu)[8]，該涂料由高度分支的含氟聚合物和線性聚氯乙烯這兩種互不相溶的聚合物混合組成。從納米角度看，固化后的表面粗糙度可以模擬出海豚溝槽式的表皮，從而防止污損生物的附著。

2.4 導(dǎo)電防污涂料

導(dǎo)電防污涂料就是在防污漆中加入石墨等導(dǎo)電材料，將導(dǎo)電涂層用作陽極，船殼鋼板及其他與海水接觸的部位用作陰極，并在漆膜表面施加微弱電流，使得海水電解形成次氯酸根離子，從而達(dá)到防污的目的。由于產(chǎn)生的離子濃度較低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

另外一種導(dǎo)電防污涂料就是在不通電流的情況下，以導(dǎo)電高分子材料為有效成分。目前，在防污應(yīng)用領(lǐng)域中，研究最熱門的導(dǎo)電高分子主要集中于結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料[9]。

3 秦山核電實(shí)際應(yīng)用情況分析

我國核電較發(fā)達(dá)國家起步較晚，21世紀(jì)隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，核電進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展新階段，但對(duì)于電廠的防污技術(shù)國內(nèi)目前還相對(duì)欠缺。涂裝防污涂料被認(rèn)為是防止海洋污損最廣泛、最經(jīng)濟(jì)有效的辦法，目前我國使用的主流防污涂料是以氧化亞銅為核心的防污涂料[10]。為使海水系統(tǒng)各部件能按照設(shè)計(jì)要求服役，本工作結(jié)合秦山核電重水堆機(jī)組RSW吸入管和旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)防污涂層體系實(shí)際運(yùn)行中存在的問題針對(duì)性地提出解決方案。

3.1 RSW吸入管

重要廠用水RSW系統(tǒng)吸水管在核電站運(yùn)行期間長期完全浸沒在海水中，最終表面會(huì)形成大型污損生物層。2015年之前，RSW吸水管涂覆佐敦自拋光防污漆，檢修期間發(fā)現(xiàn)管道表面防污漆存在大量海生物附著，主要為固著性藤壺，如圖1（a）所示，說明防污漆已經(jīng)逐漸失效。

2017年開始～2020年，RSW吸入管選用海虹老人環(huán)氧漆47188+海虹老人防污漆78950涂層配套體系，防污面漆防止海生物附著。2018年檢修時(shí)，將2016年部分未涂裝防污漆區(qū)域（藍(lán)色區(qū)域）與已涂裝海虹老人配套漆區(qū)域進(jìn)行對(duì)比，如圖1（b）所示，未涂裝部分表面附著了大量微生物，幾乎覆蓋了整個(gè)表面，而已涂覆區(qū)域表面光潔，沒有附著。2019年大修檢查發(fā)現(xiàn)，吸水管表面因海水沖刷造成表面涂層磨損，表面防污漆層可見多處鼓泡，但未發(fā)現(xiàn)海生物附著現(xiàn)象，防污漆缺失區(qū)域也未見海生物，防污效果十分明顯。如圖1（c）、（d）所示。

3.2 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)框架

核電站旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)是對(duì)海水最重要的過濾裝置，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)一般安裝在循環(huán)水入口處，可以連續(xù)、高效地?cái)r截及去除海水中的污損生物及雜物，有效的保障循環(huán)水泵、熱交換器、及其他關(guān)鍵設(shè)備。

盡管在循環(huán)水入口安裝有板框式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，但核電取水工程量大，海生物仍可進(jìn)入設(shè)備，粘附在海水循環(huán)水過濾系統(tǒng)設(shè)備上。2017年之前，核電廠未采取涂裝防污涂料的方案，污損生物大量附著在旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)及框架上，典型形貌如圖2（a）所示。

自2017年起，核電站采取在旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)框架上涂裝防污涂料的措施，緩解海生物附著沉降，涂層配套系統(tǒng)的底漆采用PPG高固態(tài)環(huán)氧漆850（Sigma Cover 850），鏈接漆為環(huán)氧漆555（Sigma Cover 555），面漆使用無錫自拋光防污漆290（Sigma Ecofleet 290），2019～2020年檢查未發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)框架上有海生物附著，表面較為光潔，如圖2（b）、（c）所示，這是由于防污涂料通過不斷釋放毒素，使得海生物無法附著，防污效果明顯。

4 結(jié)語

核電廠冷源安全外部風(fēng)險(xiǎn)多樣，雖然采取了許多改進(jìn)措施，但仍面臨許多挑戰(zhàn)，必須給與高度重視。目前秦山核電冷源系統(tǒng)的防污技術(shù)已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，但由于秦山核電海水系統(tǒng)冷卻水取自杭州灣入海口，海水含沙量大，海水沖刷會(huì)引起管道和設(shè)備上已涂覆涂層破損及起泡，引起涂層的失效，所以秦山核電站海水系統(tǒng)的防污工作仍需進(jìn)行改進(jìn)和提升，從而有效的提升核電廠冷源安全，保證核電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行，為我國核電安全提供保障。