核电厂阀门螺栓锈蚀原因分析与改进

张潇宇 叶清

摘要：核电厂将核能转化为热能，从而产生供汽轮机用的蒸汽，通过蒸汽在带动发电机，最后实现核能发电的作用。而在核电厂之中阀门螺栓作为核电设备的重要组成部分，阀门螺栓看似渺小，但是却对最终的发电结果产生直接影响，而从过往的文献可以发现，核电厂阀门螺栓容易出现锈蚀。

关键词：核电厂；阀门螺栓；锈蚀原因；分析改进

前言：

阀门螺栓是核电厂机械设备的重要器件，从核电厂阀门螺栓构造分析，阀门螺栓的连接部位比较多，有阀盖、螺母、螺栓、垫片等，因此之间存在一定的缝隙，若是在机械运转过程中，有酸性液体或者钝化膏进入其中，这样就容易造成核电厂阀门螺栓的腐蚀，从而对核电生产安全性造成一定的影响，因此有必要对核电厂阀门螺栓锈蚀改进措施作出进一步的分析。

1核电厂阀门螺栓锈蚀原因分析

核电厂阀门螺栓由不同的金属材料构成，以3RIS058VP阀门螺栓为例，其中涉及到了五种以上的金属材质，包容CR、Mn、Ni、Cu、V等，具体的材质表如下：

而不同的材料所产生的腐蚀产物酸碱性也各有不同。一般情况下，通过PH测试，若是测得PH越高，那么腐蚀液之中的OH-就会越高，这样就会形成一个想对稳定的保护膜，使电荷转移电阻增大，从而提升耐腐蚀性。但反之若是腐蚀液中的PH值越小，溶液之中的H+就会越多，由于H+的阴极有去极化作用，使得保护性氧化膜难以形成，在这个过程中就会导致一些电荷向电阻小的为主转移，从而使材料的耐腐蚀性下降[1]。此外酸性溶液之中的氧气还原反应的标准电位要比H+更容易还原标准电位高1.228v，因此氧气分子的也要比H+更加容易还原，但是由于氧气在水中的溶解度是相对较小的，因此极限的扩散电流密度也会相对较小，大约每平方米只有几百微安，具体而言，腐蚀电池主要发生的反应包括阳极反应和阴极反应，其中阳极反应为Fe→Fe2++2e，而阴极反应为2H++2e→H2，在这个反应变化之中，阳极产物是在通过水化作用从而获得Fe2+，因此核电厂阀门螺栓表面处于活跃状态，表明不会产生钝化膜，同时也会快速的腐蚀，但是在阴极则会不同，由此可以看出，酸性环境是引发核电厂阀门螺栓腐蚀的重要原因。此外由于螺栓连接处存在一定的缝隙，这些缝隙位置更易被酸性环境所腐蚀。

其次通过笔者的调查研究发现，现下很多核电厂在对阀门螺栓进行维修时，往往会采用钝化膏进行酸洗钝化处理，而钝化膏之中的主要成分就是硝酸和氢氟酸，通过清洗后，虽然核电厂阀门螺栓表面会在此变为银白色，同时整体的抗腐蚀性能也会提升，但是在这个酸洗钝化处理过程中，钝化膏进入到核电厂阀门螺栓的缝隙之中，那么反而会使的缝隙部位在酸性环境下，发生腐蚀现象，这也是引发核电厂阀门螺栓腐蚀的重要原因，因此为了能够更好的保障核电安全生产，有必要对核电厂阀门螺栓锈蚀防治措施做出进一步的分析研究。

2核电厂阀门螺栓锈蚀改进方法

2.1优化阀门螺栓安装

在核电生产过程中，阀门螺栓极易被酸性物质腐蚀，对于此笔者认为可以通过优化阀门螺旋安装的方式，从而对进一步控制阀门腐蚀。以国产海水蝶阀为例，国产海水蝶阀在设计阀体和蝶板的过程中，往往是采用CF8M材料，而螺栓则是选用0Cr18NiMo2Ti材料，整体的阀门结构设计比较复杂，虽然有密封座、密封压圈等，但是海水会存在一定的缝隙，而这些缝隙的区域最易出现腐蚀，因此今后有必要通过优化螺栓安装的方式，从而使阀门螺栓缩小[2]。具体而言，我们可以通过将螺栓形改为沉头，同时在阀门螺栓安装的过程中，将有螺纹的部分涂抹螺纹锁固胶，或者还可以在有缝隙的位置处和螺栓孔内填充氧树脂，同时还可以核电厂阀门螺栓的表面涂抹高固态环氧防腐蚀材料，通过这样的优化安装方式，从而避免暴露的阀门螺栓缝隙被酸化腐蚀，进而为推动我国核电事业稳健发展做出保障。

2.2改进阀门螺栓材料

核电厂为城市提供了重要的电力能源，虽然随着工艺的不断改进，现下的核电厂阀门螺栓都具有一定的耐腐蚀性，但由于存在核电厂阀门螺栓处于特殊的工作环境，还是可以不可避免的会发生腐蚀，针对于此，笔者认为进化应该进一步的优化核电厂阀门螺栓材料。首先高镍球墨铸铁就是一种耐腐蚀比较好的材料，此种材料的均匀腐蚀速率大约为0.1mm/a以下，同时抗缝腐蚀和点蚀能力也要远比一般的316型不锈钢好，因此建议今后核电厂在选择阀门螺栓材料时，选择高镍球墨铸铁材料。其次ASTM A439材料具有很好的机械加工性能和铸造性能，同时耐冲性和耐磨性也比较好，因此也是核电厂阀门螺栓的一种理想材料[3]。如在进行核电厂水泵阀门螺栓铸造时，就可以选择ASTM A439 D2材料，并且耐腐蚀性能得到了专业的验证，有数据调查显示，该材料在300μm以下的环氧涂层之中，也不会出现明显的腐蚀。因此今后在铸造核电厂阀门螺栓的过程中，可以在改进阀门结构基础的同时，将以往的CF8M材料或者0Cr18NiMo2Ti材料改为ASTM A439 D2材料。

2.3强化阀门螺栓腐蚀维修

核电生产是一个复杂的裂变过程，因此核电厂阀门螺栓难免会出现腐蚀问题，而党腐蚀问题发生时，做好核电厂阀门螺栓腐蚀维修是十分重要的，对比笔者提出以下两个方面的建议。第一是全面的检查，观察晶体有没有发生变形，若是核电厂阀门螺栓的表面晶粒因晶界腐蚀而分离，这表示核电厂阀门螺栓存在严重的晶间腐蚀，必须要进行更换。此外人肉眼的观察势必是十分有限的，因此必要时可以使用扫描电子显微镜进行观察，通过扫描电子显微镜观察电厂阀门螺栓的全貌，若是发现腐蚀区域组织呈现腐蚀性多孔，同样表示核电厂阀门螺栓存在严重的晶间腐蚀，必须要进行更换[3]。第二养护清理，核电厂需不定期对阀门螺栓进行养护清理，可以通过钝化处理的方式，从而对阀门螺栓做出维护，但是值得注意的是，今后需要对酸洗钝化流程做出进一步的完善，如其中一些比较细小的缝隙，不建议进行酸化钝化处理，而若是必须要进行处理，则建议拆卸后或者回装前对零部件进行处理。此外在清洗养护的过程中，最终清洗应该采用除盐水，并使用PH试纸做出检查，确保整个处理过程中，PH值控制在6～8之间，这样可以更好的对核电厂阀门螺栓做出养护，同时避免腐蚀问题发生。

总结：

在工业化时代背景下，核电生产为城市提供了动力能源，而核电生产是一个复杂的裂变过程，其中阀门螺栓看似微小，但是却对核电安全生产有直接影响，而在核电生产过程中，阀门螺栓极易被酸性物质腐蚀，为此今后核电厂必须要对机械阀门螺栓管理维护加以重视，对核电厂阀门螺栓锈蚀防治措施做出进一步的分析研究，这样才能真正的推动我国核电事业稳健发展。

参考文献：

[1]孙国才，张聪然，廖雪波，李伟光.某核电厂阀门螺栓锈蚀原因分析与改进[J].全面腐蚀控制，2017，31（11）：40-42.

[2]林文亮，冀晓来，茹红宇，陈军波，戚保凯.阀门环形螺栓组装配工艺有限元仿真[J].机械工程师，2015（03）：166-167.

[3]張晓庆. 阀门环形螺栓组装配工艺优化及其实验研究[D].哈尔滨工业大学，2016.