核電廠重要廠用水系統管道內防腐質量問題分析與防治

張亞龍

(中國中原對外工程有限公司，北京 100044)

核電廠重要廠用水系統的功能是把由設備冷卻水系統收集的熱負荷輸送到最終熱阱——海水，故系統內介質就是具有高腐蝕性的海水。這就要求重要廠用水管道必須要有很強的防腐蝕性能，而重要廠用水系統管道采用的防腐蝕措施主要是橡膠襯里、防腐涂層和陰極保護。在某核電3、4號機組重要廠用水系統管道內防腐施工過程中由于施工環境、人因失誤以及工序設置不合理等原因，導致后續質量問題的出現。本文通過對重要廠用水系統管道內防腐施工問題的分析，提出了合理化的改進措施，對重要廠用水系統內防腐質量的提高有較大的作用，更好地保證核電廠管道安裝質量和核電廠運行的安全性能。

1 重要廠用水系統安裝工程概況

重要廠用水系統是通過位于PX泵房的循環水過濾系統的鼓形濾網過濾后取水，排水則是通過NX廠房的重要廠用水溢流井排入GS溝，然后由GS溝匯流至CC虹吸井，最終排入大海。由兩條與安全有關的冗余系列把設冷水系統收集的熱負荷輸送到大海，這個過程包括4組設備冷卻水系統/重要廠用水板式熱交換器、4臺重要廠用水泵、2臺貝類捕集器。整個系統運行過程中，海水介質對碳鋼管道的腐蝕是該系統安裝的關鍵質量控點，PX泵房內管材為鋼襯膠管道和帶陰極保護并具有防腐涂層的鋼管；GA廊道內管材為帶陰極保護并具有防腐涂層的鋼管；NX廠房內為鋼襯膠管道和帶陰極保護并具有防腐涂層的鋼管。具有防腐涂層的鋼管是質量控制的薄弱環節，也是問題頻繁出現的部位。

2 重要廠用水系統管道采取的內防腐措施

2.1 橡膠襯里

2.1.1 管道襯膠的制作要求

襯膠管道就是以鋼管作為載體、在鋼管內放置橡膠襯里，二者結合為一體的管道。由于它對管內介質有較強的耐化學腐蝕能力，對大多數無機酸、有機酸及各種鹽類、醇類等都耐腐蝕，同時鋼管又有較強的剛性和強度，因此襯膠管道得到廣泛應用。襯膠管道的制作安裝通常采用鋼管制作后現場組裝，試壓合格后拆除，運回襯膠場地后進行襯膠、再運到現場安裝的方法。

先制作焊接鋼管和管件，使用鋼板制作鋼管，在數控切割機上對鋼板進行放樣、切割，然后吊到坡口機上對管道的直焊段和環向焊段進行坡口切割，送到卷管機進行卷管。在卷管時一定要確保管道的橢圓度，橢圓度不合格將達不到質量要求，最后再焊接。

管道制作時，要求襯膠側金屬表面凸出的焊縫高度不大于2 mm, 轉角和接管部位焊縫飽滿并凸出，角焊縫表面需要有大于3 mm的圓弧,焊縫表面不得有裂紋和咬邊。管段焊接完成后焊接法蘭，法蘭焊接時必須保證法蘭與連接鋼管或管件中心線垂直。制作的管件表面必須光滑，沒有氣孔、裂紋、重皮、焊瘤、焊渣和未焊透等缺陷，表面不應有大于2 mm的凹凸處，凡有棱角的部位，應加工成圓弧過渡的小圓角，其半徑不小于5 mm。采用焊接彎頭時應兩面焊接，襯里焊縫應打磨成半圓不大于3 mm的小圓弧。

襯膠前鋼管內表面必須進行除銹處理，表面處理不合格的，不得進行襯里施工。預安裝和正式安裝后均須進行水壓試驗，前者是為了檢驗鋼管和管件的強度和密封性，后者是為了檢驗正式安裝后系統的強度和密封性，都不能省略。

襯膠施工中的檢查項目有橡膠襯里層接縫有無漏烙、漏壓和烙焦現象，襯里層是否存在氣泡、針眼等缺陷，接縫搭接方向是否正確。襯膠施工中檢查發現缺陷應及時消除，然后再進行下一道工序。

管道襯膠后，應100%進行質量檢驗。襯膠層不允許有脫層現象，膠層表面允許有凹陷和深度不超過0.5 mm的外傷、印痕，但不得出現裂紋或海綿狀氣孔。法蘭邊沿及翻邊密封面處要平整，不允許有脫層現象。用儀器對漏電、厚度檢查：用測厚儀檢測襯膠層厚度，各測點的距離應盡可能大一些，檢測點的數目視工件的形狀及大小而定(一般檢測5～10點)用電火花檢測儀全面檢查襯里層，不得有漏電現象。檢查時，膠層表面應清潔、干燥，探頭不得在膠層上停留，以防止膠層被高電壓擊穿。

2.1.2 管道襯膠的效果

綜上所述，橡膠襯里具有施工造價高、現場缺乏襯膠施工條件、膠漿粘接要求高等缺點，所以重要廠用水系統只在+0 m以上的廠房內使用襯膠管道。管道之間采用法蘭連接，具備耐磨性強、抗沖擊性好、耐腐蝕、強度高剛性好等優點，有效地保證了管道安裝質量，只是有待于更大范圍的推廣使用。

2.2 管道內壁采用重防腐涂層

2.2.1 重防腐涂層的施工要求

內壁防腐采用的是725-H45-ZF101環氧重防腐蝕涂料。涂裝前表面預處理包括除油和除銹，除油采用有機溶劑除油擦洗工藝，原則上只對預制件表面油污比較嚴重，無法在除銹過程中除去的情況下采用。除銹采用的是噴砂處理，在溫度大于5 ℃，相對濕度小于75%的環境中才能進行噴砂作業，相對濕度大于85%時，必須停止噴砂作業。

預制件在完成表面預處理檢查合格后，應避免再次污染，從表面預處理結束到第一道涂層涂裝之間的時間間隔不應超過4 h。第一道涂層涂裝是725-H45-ZF101重防腐蝕涂料(灰色)，將配置好的涂料用油灰刀刮取，用刮板像打膩子一樣刮涂均勻，干膜厚度控制在400 μm左右，涂裝時要按一定的方向順序連續進行，避免漏涂。要特別注意底材平整度，邊涂邊修整邊自檢。在涂層即將表干時整體修整一次，防止流掛和漏涂，使涂層平整光滑。在6 h后7 d之內可以涂裝第二道暗紅色的725-H45-ZF101G 重防腐蝕涂料，干膜厚度控制在400 μm 左右。若再涂覆時間超過涂料供應商要求時，為了保證界面之間的粘合力，必須采用2號或更大目數砂紙進行必要的涂層表面打磨處理，方可進行第二道涂層涂裝。

涂裝施工的溫度條件應為5～30 ℃，大氣相對濕度小于85%，基材表面溫度大于露點溫度3 ℃以上。725-H45-ZF101重防腐蝕涂料適用期在25 ℃時僅為0.5～1 h，需根據操作人員的熟練程度和所需涂料量來配置。涂料系三組份組成：甲組份為改性環氧樹脂，乙組份為固化劑，丙組份為精細粉料。在10～35 ℃其重量配合比如下：甲∶乙∶丙=100∶25～15∶130，可依據當時的氣溫做適當調整，使之有良好的施工性能。

最終驗收檢查，涂層表面應無漏涂、流掛、起皺、凹陷、裂紋、剝落、分層、龜裂，涂膜應比較光滑平整。按GB/T 13452.2 使用涂膜測厚儀進行涂膜厚度檢查。涂層系統每10 m2檢測一次(或每個設備單元測量一次)。每次取10 個以上的測點，對復雜表面應增加測點數量，要求85%以上的測點的厚度達到或超過規定的涂膜厚度，余下的不到15%的測點的涂膜厚度應不低于規定涂膜總厚度的85%。附著力測試以每1000 m2檢測一次。采用拉開法，附著力應大于3.0 MPa。

2.2.2 管道內壁重防腐涂層施工的效果

重防腐管道的涂層簡單牢固、耐腐蝕、現場施工方便，但同時存在涂層厚度值大、附著力要求高、涂刷環境要求嚴格等缺點，是施工過程中施工質量控制的重點。

2.3 陰極保護

管道的防腐不僅僅是靠重防腐涂層，還有陰極保護系統。陰極保護技術是一種電化學保護技術，通過把電子提供給被保護金屬的方法，使得金屬腐蝕反應發生的電子遷移得到抑制，從而避免或減弱腐蝕的發生。重要廠用水系統管道選用的就是外加電流陰極保護系統(輸出電流大，有效保護范圍廣，適用于被保護面積大的長距離、大口徑管道)，主要由恒電位儀、輔助陽極、參比電極等部件組成。其基本工作原理是通過恒電位儀提供直流電流，電源正極接輔助陽極，負極接于管道上，通過海水形成回路。通電后，鋼質管道發生陰極極化，并極化到一定的電位水平，而得到有效的保護。該系統通過參比電極監控，配合管道的內防腐工藝，使得整個管路系統一直處于保護狀態，從而免受海水腐蝕。

1)恒電位儀：作為直流自動控制電源，向管道提供保護電流。它可以連續監測被保護物體的陰極保護狀態，并隨時調整輸出電流的大小，使被保護管道總處于最佳保護狀態；

2)輔助陽極：是通過法蘭焊接在管道壁，陽極電纜匯總接入接線盒，然后通過陽極電纜與恒電位儀的正極相連，保護電流從輔助陽極進入，經海水介質流向管道，從而使管道陽極得到保護；

3)參比電極：是一種電位恒定的基準電極，用來系統電位的控制和檢測。恒電位儀根據參比電極的信號大小，自動或手動調節管道的保護電流的輸出，使管道始終控制在最佳保護電位的范圍內。每個系列6套，A、B列共計12套。

3 施工過程中出現的質量問題描述與改進

重要廠用水系統管道安裝過程中，由于施工人員經驗欠缺、技術能力薄弱、重防腐油漆厚度大，施工方式是刮涂、粗糙度不同于一般管道的中粗糙度要求、噴砂操作困難、跨專業施工等因素，管道內防腐方面發生了較多質量問題，致使重要廠用水系統安裝施工進度緩慢，制約了系統移交、調試等一系列工作。下面以重要廠用水系統具體的管道內防腐方面出現的質量問題及不合理處舉例說明。

3.1 接地塊焊接處管道內壁油漆損壞

3.1.1 問題描述

陰極保護系統接地分為管法蘭處的連接即跨接接地、參比電極接地即測量接地和恒電位儀在管道上面取的接地點陰極接地。管道安裝過程中發現接地塊焊接處管道內壁油漆涂層被損壞。

3.1.2 原因分析

接地塊的安裝時間與管道內壁防腐時間存在邏輯上的錯誤，管道內防腐完成后進行接地塊焊接，油漆受熱后損壞。

3.1.3 改進措施

建議后續在編制相應的工作程序、施工方案時明確要求，待重防腐管道接地塊焊接完成后，再做內壁重防腐涂層，并檢查確認。在施工前的圖紙會審時，提前羅列出各個專業的施工順序，才能避免在施工中的返工，從而降低安裝成本。

3.2 輔助陽極、參比電極安裝位置油漆破損

3.2.1 問題描述

重要廠用水管道安裝后進行管內清潔度檢查時發現，電極基座下法蘭孔(孔徑φ40 mm)內壁為金屬表面(圖紙未要求重防腐)，與陰極保護套管外壁之間存在1 mm間隙，套管根部存在油漆破損現象。

3.2.2 原因分析

管道內壁防腐施工一般都是在場外預制的，存在預留孔洞邊緣油漆涂刷不規則的情況，運輸到現場后再進行輔助陽極和參比電極安裝，插入輔助陽極或者參比電極套管時容易蹭掉油漆涂層。其次，電極基座下法蘭孔(孔徑φ40 mm)內壁為金屬表面，與陰極保護套管外壁之間存在1 mm間隙，在海水環境中，電極基座下法蘭孔內邊緣處銹蝕，經海水不斷沖刷，導致該處油漆破損。

3.2.3 改進措施

輔助陽極和參比電極的安裝圖紙(見圖1)中，需設計單位明確電極基座下法蘭孔(孔徑φ40 mm)內壁與陰極保護套管外壁之間間隙的處理方式(要求下法蘭孔內壁在焊接完成后做防腐處理)，防止海水滲透在間隙內，造成電極基座下法蘭孔內邊緣處銹蝕。后續機組重要廠用水系統管道安裝過程中，輔助陽極和參比電極安裝前，對電極下法蘭孔檢查其內壁的防腐情況，確認合格后再進行安裝，確保套管根部油漆涂層的完整性。合理可行的施工依據加上施工過程中嚴格的質量控制措施，可以避免一些隱蔽部位的施工質量。

圖1 輔助陽極、參比電極安裝圖Fig.1 Installation ofthe auxiliary anode and reference electrode

3.3 管道內壁涂層在45°彎頭處出現大面積脫落

3.3.1 問題描述

重要廠用水系統管道安裝完成后，調試部在重要廠用水系統B列進行試驗過程中發現油漆碎片，經確認是重要廠用水管道的兩個45°彎頭處油漆涂層大面積脫落所致。后續檢查發現彎頭處油漆整圈剝落，剝落總面積約為1.15 m2。

3.3.2 原因分析

彎頭處，施工存在一定難度，表面處理不徹底，重防腐涂層的附著面受力不均勻。預制廠的施工人員對重要廠用水系統管道重防腐的第一道底漆涂裝質量無法保證，具體檢查工作不到位，內壁重防腐涂層附著力不足。在水流不斷沖擊的情況下，造成油漆剝落。

3.3.3 改進措施

對于彎頭處的重防腐施工，存在一定的施工難度。后續進行防腐工作涂裝時，施工人員、質保人員要嚴格按照程序、方案要求(基材表面處理的清潔度、粗糙度；環境溫度、濕度；第一道底漆的涂刷時間要求等)執行。建議對類似于彎頭這種特殊部位內防腐工序監理工程師必須選點見證，確保防腐質量。

3.4 參比電極損壞導致內防腐涂層破壞

3.4.1 問題描述

嶺澳核電廠二期L3重要廠用水系統A、B列檢修期間發現重要廠用水管道多數輔助陽極附近出現內防腐涂層鼓泡脫落現象，同時涂層破損部位，輔助陽極根部及參比電極周圍均產生大量的白色結晶物。

3.4.2 原因分析

參比電極電位發生漂移，陰極保護系統為達到預置的電位而電流增大，持續的過保護電流輸出導致陰極保護系統失效，參比電極、輔助陽極附近防腐涂層鼓泡、脫落，造成Ca+、Mg+在陰極表面裸露點大量集中沉積。

3.4.3 改進措施

參比電極電位漂移可能與海水中氯化物含量不穩定有關，根據嶺澳核電廠檢修經驗，將所有的銀/氯化銀參比電極更換為高純鋅參比電極后，系統運行穩定。從根本上解決管道內壁防腐涂層鼓泡脫落的質量問題。參考陰極保護系統手冊的內容，參比電極的材質決定它的工作性能，高純鋅參比電極是金屬棒體，它的性能參數相比氯化銀(化合物)的參比電極都比較穩定，海水成分復雜多變，選擇符合要求的材料，對促進系統運行的穩定可靠性，有著十分關鍵的作用。所以建議重要廠用水系統采用高純鋅的參比電極。

4 結論

以上是某核電廠3號、4號機組重要廠用水系統碳鋼管道內防腐采取的工藝方法介紹以及對施工過程中出現問題的質量控制措施、重難點分析。重要廠用水系統管道內防腐出現上述質量問題的主要原因表現在，重防腐涂層厚度大、管道內表面處理要求較高、噴砂操作有難度、刮涂過程涂層厚度易出現不均勻狀況、施工空間受限等方面。為提升該系統管道的內防腐質量，需從人、機、料、法、環等多方面進行分析，針對事前、事中、事后制定相應的措施進行全面的質量控制。特殊工序采取特別的控制措施，通過難點培訓、經驗反饋、班前會交底等途徑進行施工質量預控。另一方面需采取必要的管理手段，督促施工單位建立健全質量管理體系，加強各個工序間的巡檢見證，充分發揮各級質量管理人員的檢查作用。針對碳鋼管重防腐施工過程中出現的質量問題，以及借鑒嶺澳核電檢修時發現的問題，總結出了相應較好的施工工藝流程和合理化建議。根據相關施工方案、技術規格書，科學嚴謹的質控方法，最終有效地提高了重要廠用水系統管道安裝質量。同時，為后續機組該系統管道內防腐的施工提供了良好的經驗和方法。結合現階段各個核電管道防腐施方面工出現的質量問題，認為接下來應在人因分析、環境不確定因素、技術資料完整性等方面開展進一步的研究工作。