我國核電站工程建設階段的腐蝕管理建議

鄧干合 肖調兵 張永良 許 超

（1.國核示范電站有限責任公司，山東 榮成 264312；2.中核武漢核電運行技術股份有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

核能作為清潔能源，是實現我國“碳達峰、碳中和”戰略目標的重要選擇，同時核能也為我國經濟的快速發展作出了巨大貢獻。而核能的安全發展離不開核電設備材料性能的有效性。目前，我國核電系統設備主要由金屬材料組成，部分設備部件還選取非金屬材料，如凝結水精處理酸堿儲罐內表面內襯襯膠進行防護，以防止金屬材料發生腐蝕。在機組服役后，核電廠通常依據預防性防腐大綱及電廠相應的信息管理系統，定期開展核電廠系統設備的腐蝕檢查及維修處理，以保證機組設備的正常運行[1]。但現有經驗表明，機組運行后的部分材料老化腐蝕情況，通常由于核電工程建設階段腐蝕管理不當或不足所致，而這又會成為運行機組的安全隱患，影響機組的安全穩定運行[2]。如某核電高壓加熱器及除氧器工程階段涂層脫落，導致其金屬基材發生銹蝕，如圖1所示。因此，有必要開展我國核電工程建設階段的腐蝕管理，以保證機組運行后的系統設備安全穩定運行。

圖1 某核電建設期間高壓加熱器（左）及除氧器（右）涂層脫落后腐蝕形貌

1 國內外工程防腐管理現狀

國外相關機構對于腐蝕管理研究起步較早，并先后提出了系統化的腐蝕管理建議。其中2009年國際原子能發布的“核電廠老化管理核安全導則”（NS-G-2.12）給出了腐蝕管理和控制的相關原則，涉及設計、建造、調試等核電建設階段[3]。英國則提出在腐蝕管理方面，應改進材料設計，對材料耐蝕性進行預判等，而2013年美國腐蝕工程協會根據調查結果，首次提出腐蝕管理體系，并給出了腐蝕管理的相關原則及方法[4]。

我國自上個世紀80年代建設中國第一座核電站-秦山核電站開始，一直將核電站的工程防腐管理作為建設期間的一項重要工作進行開展。為有效開展系統設備的防腐管理，我國學者及工程管理人員開展了不同程度的技術探索。喬培鵬、洪錦從、王柱等通過總結，創新性地提出核電站工程建設階段防腐蝕管理體系，該體系涵蓋了核電站建設階段的設計、制造、建造、安裝及調試等階段的防腐蝕管理[5]。駱云龍、王生輝、李克等針對重要廠用水系統（以下簡稱SEC）腐蝕類型多的特點，提出了SEC系統全壽期腐蝕管理的策略，其中針對工程階段SEC系統防腐，提出了從設計、制造、安裝、調試與試運行等階段入手，分段化管理的策略[6]。張興田根據設備材料典型腐蝕損傷案例，基于設備可靠性理論，對核電廠設備防腐蝕技術提出了改進性意見[7]。為進一步規范我國核電廠全生命周期的腐蝕管理，2019年11月發布了《核電廠腐蝕控制工程全生命周期-通用要求》（GB/T37184-2018），標準規定了核電廠建設階段設計、制造、施工與安裝、調試等過程的大致內容，可作為工程建設過程核電廠的腐蝕工作的參考，但標準未給出核電建設期間各階段的具體要求，且未缺少建設期間重要的移交接產、設備保養及監督工作、經驗反饋等重要工作。趙世成、王凱佩、楊靜遠等指出經驗反饋對于核電廠的設計、建設、施工等階段的作用巨大[8]。為更好的開展我國工程設施腐蝕管理，中科院海洋研究所及青島海洋科學與技術試點國家實驗室相關學者研究指出我國腐蝕管理存在防腐意識不足、腐蝕管理人才缺乏、缺乏腐蝕監測系統、定期檢測及有效的腐蝕管理與分析等諸多問題，并提出應建腐蝕失效案例數據庫，使用先進防腐蝕技術等措施[4]。

在核電工程建設階段的防腐措施上，我國相關學者也提出了相關建議。孫全興、趙萬祥等針對除氧器安裝與調試階段的特點，提出了針對不同情況采取充水加藥（氨+聯氨）及排空使用水溶性防銹油、充氮氣及干燥空氣的方法，對除氧器開展有效保養，防止除氧器腐蝕[9]。付國慶、林斌等提出在濱海選址的核電廠，可考慮在工程建設階段使用緩蝕劑[10]。

通過國內外核電站工程防腐管理及研究的現狀可知，國內外均對腐蝕管理保持較大關注，而我國在核電工程建設階段腐蝕管理已有較清晰的認識，開展了一定程度的腐蝕管理及針對性措施，取得了相應的效果。但總體而言我國核電工程建設階段的腐蝕管理存在以下不足：

（1）工程建設階段腐蝕管理體系尚不完善，一定程度上限制了進一步提升核電廠系統設備在工程建設階段的腐蝕管理水平；

（2）建設階段定量化腐蝕分類管理思路還未形成，而采取定性化腐蝕分類管理，對人員的要求較高，存在腐蝕分類不合理的情況；

（3）防腐管理人員是核電廠建設期間系統設備腐蝕管理有效性的保證，而目前腐蝕管理體系統雖對專業技術人員培養強調其了其重要性，但如何開展腐蝕知識體系培訓及考核不明確。

2 工程階段的腐蝕管理思路

2.1 總體技術路線

圖2為核電站工程建設階段的腐蝕管理總體技術路線。其中核電站腐蝕管理的核心是建立適用于核電站建設期間的工程防腐大綱和滿足工程階段腐蝕管理執行的防腐人才團隊，重點是在工程防腐大綱指導下，開展設計審查、建造質量管控、設備部件及防護、狀態監檢測、移交接產及調試消缺等工作。另外通過工程防腐執行形成的經驗反饋系統，還可指導預防性防腐大綱的開發及后續機組的運行。

圖2 核電站工程建設階段腐蝕管理技術路線圖

2.2 人才培養

根據國內核電站建設期間人員配制情況，在機組商運前，防腐專業人員配置一般為3～6人。為快速培養出符合核電工程建設階段腐蝕管理的技術人才，建議從以下三個方面培養防腐專業技術人員：

（1）組織腐蝕專業人員參加專業的腐蝕培訓，接受系統性的材料腐蝕課程，包括陰極保護設計、水化學控制、材料腐蝕與防護、核電系統設備結構等相關課程，以保證腐蝕專業人員建立全面的系統專業知識；

（2）定期安排防腐技術人員參加國內同類型或相關運行核電站的腐蝕管理工作，以了解及掌握運行后核電站系統設備腐蝕管理流程，常見腐蝕問題分析及評估方法等；

（3）參加行業或電廠內部組織的專業資格考核，如核能行業協會腐蝕工程師考證，及NACE陰極保護考級，以確定專業技術人員技術的水平。

2.3 工程防腐大綱開發

工程防腐大綱是核電站工程建設階段的指導文件，其主要根據電廠的環境、核電堆型結構特點、行業法規及相關經驗反饋等開發。其中電廠環境主要指廠址全年空氣鹽分分布情況、相關介質pH、濕度變化情況、溫度等，而核電堆型則決定其所涉及的設備類型及材料選型，行業法規則主要參考其原則性規定。

工程防腐大綱主要包括設備的腐蝕敏感性和管理策略，及在此基礎上，列出針對各設備的設計審查、建造質量管控、設備部件及防護、狀態監檢測、移交接產及調試消缺等的要求。其中對于設備部件及防護，工程防腐大綱應給出對應設備的保養方法及防護方法，定期監測的周期、依據程序或標準，而狀態監檢測則應在大綱體現監檢測周期、依據程序、監檢測方法等，以方便防腐專業技術人員參照執行。

由于工程防腐大綱的核心是針對設備腐蝕敏感性進行分級，以指導工程建設階段設備腐蝕分類管理，保證所有腐蝕管理的有效性、準確性、經濟性，從而達到不僅有效管理工程建設階段腐蝕管理，同時最大程度保障腐蝕管理成本控制在合理范圍內的目的。因此，為保障腐蝕分級的準確性，建議設備腐蝕敏感分級應采取定量化或半定量化腐蝕敏感分級原則。根據核電廠設備腐蝕情況，建議定量化腐蝕分級導則，應以具體因素臨界水平或可確定性參數為定量分級依據，如環境濕度、材料種類、設重要性等，腐蝕敏感分級關系圖如圖3所示。

圖3 工程防腐大綱設備腐蝕敏感分級關系圖

而最終開發出來的工程防腐大綱除包括設計審查、建造質量管控、設備部件及防護、狀態監檢測、移交接產及調試消缺等工作要求外，還應給出與核電廠各部門及工程建設單位接口內容。

2.4 工程執行

2.4.1 設計審查

設計審查主要包括四個方面：（1）設備管道的材料選型是否適用于所在環境；（2）設備管道中是否存在異種鋼接觸；（3）防腐措施是否設計得當；（4）其它易加快材料腐蝕的設計缺陷。其中材料選型主要指設計方推薦的材料在所在環境下的腐蝕速率，能否滿足設備管道服務年限的設計要求，同時所選材料還不宜過多增加建造成本。系統設備異種鋼問題，是目前設計審查中常存在的技術問題，例如某核電站SER除鹽水罐出入口隔離閥的連接螺栓材質為碳鋼，但其直接與不銹鋼管道的法蘭面連接，從而容易產生電偶腐蝕，給運行機組帶來安全運行的風險[11]。因此，應避免異種金屬材料直接連接的設計。核電站主要使用的防腐措施包括涂層、襯膠、犧牲陽極陰極保護、外加電流陰極保護等，若防腐措施設計不當，則易導致腐防措施保護有效有限甚至起反作用，如在海水系統中，選取鋁合金犧牲陽極與不銹鋼連接，導致犧牲陽極消耗過快，無法起到較好的基材保護作用。另外設計缺陷也是核電材料腐蝕的原因之一，如某核電站1號機組龍門架鋼十字交叉焊縫處在設計時未考慮疏水設計，導致塵土及雨水積聚，引發腐蝕，因此，在設計時設備部件結構時，應考慮防腐因素[11]。

2.4.2 建造質量管控

核電站工程階段建造質量主要指到貨設備部件狀態控制，設備管道安裝質量，防腐措施工藝實施等。其中到貨設備部件在制造及運輸過程中，存在質量不合格的情況，如設備采取海運過程中保養不當，易導致設備發生腐蝕，因此，應對到貨設備部件進行開箱檢查，以確定設備部件的到貨狀態。而在設備管道安裝過程中，應控制安裝質量，包括焊接工藝。對于關鍵重要設備的重要工藝，應設置質量控制點，在施工方和監理方簽字同意后，方可放行[5]。而防腐措施工藝則應控制其實施質量，嚴格控制其按照設計要求實施，防止出現漏涂或不涂裝的現象，圖4為某核電站鼓網犧牲陽極焊腳未做防腐處理，導致焊腳出現腐蝕現象。另涂裝過程中還應控制其環境濕度、溫度，以滿足工藝實施要求，且涂層涂裝完成后，應通過涂層測厚儀檢測涂層厚度是否滿足設計要求，且涂裝后的涂層表面應滿足標準規定，否則存在防腐性能不達標的可能，從而影響設備管道的運行安全。

圖4 鼓網犧牲陽極焊腳周邊區域未做防腐處理出現銹蝕

2.4.3 設備部件保養及防護

由于我國核電站主要沿海而建，環境濕度較大，空氣中鹽分較高，因此，設備極易受到腐蝕，圖5為某核電站碳鋼管道內表面在建設期間未保養，導致管道內表面出現腐蝕。另據某核電站2012～2013對400多臺設備開展檢查，發現的腐蝕問題達1000余項[12]。根據國內相關經驗，可采取保養對設備進行防腐。目前常用的保養方法包括加藥、防銹油、充氮氣及干燥空氣等，其中充氮氣及干燥空氣為常用方法。而充氮進行防腐時，應注意窒息風險。使用干燥空氣進行防腐，主要通過濕度表征防腐效果。現有研究表明，當濕度高于60%時，碳鋼材料在空氣中的腐蝕速率快速增大，因此，在使用干燥空氣進行保養時，可將濕度控制在60%以下，可認為設備不會發生腐蝕[9]。另在保養過程中，應定期開展檢測，并形成保養記錄。

圖5 某核電站建設階段碳鋼管道內表面腐蝕形貌

2.4.4 狀態監檢測

在設備管道安裝后，應根據工程防腐大綱規定的周期，定期開展設備管道的檢查，以評估設備管道及內部構件腐蝕狀態，并形成相應的腐蝕檢查監督跟蹤表，如表1所示。而對于不可達管道，且內部介質為海水、淡水等，應適時設計開發在線監測方法，以掌握管道的腐蝕狀態。針對不可達管道特點，可選電阻探針、電感探針技術對不可達管道進行監測。

表1 防腐蝕檢查監督跟蹤示意表

2.4.5 移交接產

移交接產是指核電建設工程方向運營方移交廠房設備，因此，移交接產活動直接影響機組的正常運行。在開展移交接產活動前，應明確檢查內容、驗收細則及重點關注項，并編制移交接產指導大綱或程序，表2為某核電站移交接產檢查標準示意表。在移交接產過程中，應關注設備部件材料性能是否正常，有無明顯的腐蝕現象，并形成記錄表。對于重要設備的防腐措施是否按照設計執行，應重新進行復核，如重要廠用水系統管道外加電流陰極保護接線是否正確，犧牲陽極類型是否選擇準確等。通過嚴格管控移交接產過程，從而確保腐蝕問題能得到及時發現及處理。

表2 某核電站建設期間移交接產檢查標準示意表

2.4.6 調試消缺

在核電站調試階段，介質會進入系統設備內部，部分廠房濕度及溫度發生改變，此時腐蝕問題會集中發生。因此，應組建腐蝕專業團隊，集中開展全廠系統設備的腐蝕消缺工作，并形成消缺記錄表。其中腐蝕專業團隊應包括腐蝕檢查技術人員、防腐質量控制技術人員及防腐處理技術人員。

2.5 經驗反饋系統

核電站建成運行后，其建設期間發現的腐蝕相關經驗反饋，可有效避免機組發生相關腐蝕情況，因此，工程建設期的腐蝕經驗反饋對機組安全運行至關重要?；诖?，核電站應在機組建設期間，建立適用于本電站的經驗反饋系統，反饋系統應包括系統設備的材料牌號、運行工況、防腐措施、建設期間腐蝕問題、變更記錄及同類型電廠同類設備的腐蝕問題等。經驗反饋系統建立后，可作為預防性防腐大綱的參考材料，以保證預防性防腐大綱的準確性、針對性、適用性更好，從而提升運行機組的腐蝕管理水平。

3 結語

本文提供了一條針對核電站工程建設階段的腐蝕管理技術思路，可作為核電站工程建設階段腐蝕管理的參考。本技術思路注重建立腐蝕知識體系完全的專業人才隊伍，并開發出適用于機組工程建設階段的工程防腐大綱，其中大綱規定的設備腐蝕敏感分級應由定量化或半定量化腐蝕分級原則確定。在此基礎上，嚴格控制設計審查、建造質量管控、設備部件及防護、移交接產及調試消缺等過程，對于不可達管道開展監檢測，并針對電廠建立相應的經驗反饋系統，從而保證機組系統設備功能完整性，避免系統設備發生重大腐蝕問題的可能，最終達到全面提升機組的腐蝕管理水平和穩定運行的目的。