CPR1000型核电站重要厂用水系统管道的防腐选材设计

刘岩

摘 要： CPR1000是由中国广核集团所研发推出的改进型1000MW级别压水堆核电技术方案，它借鉴了法国的M310堆型，再结合我国20年来的渐进式自主创新研发成果，具有较高的技术先进性。本文的切入点是CPR1000型核电站重要厂用水系统管道，对它可能存在的腐蚀风险与防腐选材设计进行了简要分析。

关键词： CPR1000型核电站；重要厂用水系统；管道；腐蚀风险；选材设计

CPR1000型核电技术被称为“二代加”，因为它较比二代核电技术在重要厂用水系统上系统管道方面还作出了相应优化，特别是对腐蚀风险的控制与防腐选材的选择设计，极大程度降低了核电站建设成本，也延长了重要厂用水系统管道的使用寿命。

一、CPR1000型核电站重要厂用水系统的作用与腐蚀风险

（一）系统作用

CPR1000型核电站的重要厂用水系统会通过热交换器来实现对电站中各个系统的热量传送，将热量传送到海水中形成载热海水，最后再排入大海冷却。为了实现这一功能，重要厂用水系统就涵盖了抽气泵、换热器、铁栅、海生物捕集器等设备。

（二）腐蚀风险

CPR1000型核电站地处海滨位置，所以它一定会面临来自于海水的腐蚀风险，海水的腐蚀性会大幅度缩短核电站内设备的使用寿命。这主要是因为在海水中含有大量的氯离子与钠离子包括其它金属离子，它们与盐类离子共同化学作用就会形成强电解质溶液，产生极强的腐蚀性。在我国广东省的大亚湾核电站所采用的正是CPR1000型核电技术，由于该区域为亚热带季风气候，其海水特性就能够呈现出上文所描述的结果，形成强电解质溶液直接腐蚀核电站重要厂用水系统，以下给出大亚湾核电站周围海滨的海水特性指标，如表1。

如表1，在这种环境下海水在重要厂用水系统管道中的流通速度大约在2～2.5m/s，流动速度偏高，而海水本身拥有较大含氧量，在快速流通过程中就容易引发腐蚀现象，这就是均质腐蚀。它所腐蚀的对象通常为表面无任何保护设计的管道部分，在长时间海水流通后管道管壁会逐渐变薄。

其次为缝隙腐蚀，它是指管道局部保护层在破损后海水会灌入保护层，通过破损位置海水死水区域。在该区域内海水会长期与管道基体接触，但二者会因为存在浓度差异而形成缝隙腐蚀，其最主要表现就是管道局部被穿孔。穿孔后腐蚀性介质还会在管道外表面继续发挥腐蚀作用，长期腐蚀后它的表现也为管道变薄。

再次为电偶腐蚀，电偶腐蚀是由材质腐蚀电位差异所产生的，某些设备之间由于所选材质电位差异偏大，很容易在潮湿环境下发生电偶腐蚀现象，它的具体表现即为某些低腐蚀电位的材质腐蚀速度较快，例如管道的换热器连接部分。而换热器本身的腐蚀电位偏高，所以当管道被腐蚀破损以后不会腐蚀换热器，这就间接加速了对管道的腐蚀速度，其具体表现除管壁变薄以外，还会出现管道锈蚀。

最后还有点蚀，对于重要厂用水系统而言，由于它没有在不锈钢管线表面位置设计任何防腐措施，所以就很容易在长期操作工作后出现点蚀现象，它的表现为管道穿孔。另外点蚀也会引发缝隙裂缝，主要是位于管道拐角位置，即死水区域的的不锈钢管线表面[1]。

二、重要厂用水系统管道的防腐选材设计

针对CPR1000型核电站重要厂用水系统的防腐材料选择主要要遵循两点原则：第一，所选择防腐材料需要适应于海水；第二，从宏观上控制中药厂用水系统中与海水直接接触的设备数量。由于某些设备难以避免接触海水，所以主要要围绕第一点内容来进行防腐选材设计，本文推荐两种材料：衬胶管和阴极保护管。

（一）衬胶管的选材设计

在核电站中衬胶管是最常见的管线材料之一，它在碳钢管道内部表面进行衬胶安装。这种材料能够将管道管壁与海水阻隔开来，直接阻止海水腐蚀管壁，但如果衬胶管老化或破损，海水会与管道直接接触并有可能造成闭塞电池腐蚀，最终导致管道穿孔，所以应该对其进行改良设计。具体来讲就是首先明确重要厂用水系统的分布位置，它一般分布于泵站和厂房中，为此可以在这些位置直接采用胶板来对管道进行内衬设计，保证内衬厚度要在3.5mm以上，且硬度也不能低于shore A 60级别。在衬胶设计安装完毕以后就可正常使用管道。该设计能够保证衬胶管不被损坏，且管道10年内不被海水腐蚀。

（二）阴极保护管的选材设计

阴极保护管是CPR1000型核电技术“二代加”的改进技术亮点之一，它在设计方面采用了BONNA管，解决了原有阴极保护管使用寿命短的缺陷。阴极保护管也同样采用隔离方法，但是它还额外增加了保护电流方法，两种设计方法都能保证管道不会被腐蚀。这里以保护电流法为例，它会在管道内表面涂上一层保护涂层，其目的是为了减少电化学保护所需要的电流流量，形成保护电流。如果涂层发生破损，还能通过保护电流来阻止缝隙腐蚀、点蚀等等现象的发生。如图1。

如图1，阴极保护管还有辅助阳极，它所采用的是辅助阳极钛棒与参比电极银棒，其中辅助阳极钛棒会安装在参比电极的基座位置，并焊接于管道表面位置。电极与管道呈現垂直位置，在运行过程中产生保护电流。当然，在保护电流设计方面要求其设计值应该在设计范围内，避免出现过保护现象。可以考虑将阳极焊接在管道位置上，避免出现由残余应力所导致的保护不均匀状况[2]。

总结：

综上所述，本文主要介绍了CPR1000型核电站重要厂用水系统管道的腐蚀原因及防腐选材设计，希望通过衬胶管、阴极保护管等等来实现对管道内管壁与海水有效阻隔，并形成保护电流进一步强化管道保护作用，取得了一定使用效果，值得推广应用。

参考文献

[1] 李大鹏.CPR1000核电站厂用电系统结构与切换方式研究[D].大连理工大学，2016.24-28.

[2] 陈慧，姜媛媛，孙永亮等.CPR1000型核电站重要厂用水系统管道的防腐选材设计[J].全面腐蚀控制，2014，（6）：11-13.endprint