核電站涂料選用及失效案例分析

　　文/游慶榮，費克勛，梁耀升，廖開星，孫永亮·蘇州熱工研究院

　　核電站是一個復雜的工業生產系統。其構筑物和設備對表面涂層的耐蝕能力、去污能力、抗輻射能力、甚至是元素含量等等都有不同的要求。借鑒歐美等國的經驗，國內核電站也建立起了涂料選用管理體系。

　　涂裝處理時控制腐蝕產生最有效、最經濟的手段之一。涂料的選用應綜合考慮被涂覆物的基體材質、表面性質、運行區域、環境條件（如溫度、濕度、外部腐蝕環境、內部介質特性）等因素。

　　核電站對防腐涂料選用有嚴格要求。核用涂料在采購與驗收階段需要進行性能評估試驗，一股性能指標包括耐磨性、耐沖擊性、柔韌性、附著力、耐火性、底漆耐堿性、耐水性、耐液體性、抗鹽霧性能、抗老化性能、抗陰極剝離性、防微生物性能等；在特殊環境下使用的核用涂料還要通過耐輻射試驗、去污試驗、LOCA試驗、化學元素含量規定。

　　對核用防腐蝕涂料的管理，美國和法國已分別建立了一套相對完善的涂層管理體系。美國核管會（NRC）頒布了核安全法規導則RG1.54  Revision  1，引用ASTM標準對核電站核安全I、Ⅱ和Ⅲ級涂層的選擇、考核、質量控制、維護和狀態監測進行了全面的規定。法國發布了壓水堆核島機械設備設計和建造規范（RCCM,F5300），并以采購技術規范書的形式對核島涂層進行了規范，包括：總體要求、油漆涂層體系的分類和特性、涂層考核測試、防腐能力的維持時間、表面處理、防腐涂層施工要求、制造商編制油漆規程。國內部分核電站采用了國外的建造和管理方法。一些標準也已成為HAF/HAD和EJ編制的主要參照文件。

　　核電站面臨的環境復雜，主要分為：核島廠房室內大氣環境，非核島廠房室內大氣環境，海水環境，露天環境，除鹽水環境，酸堿環境，壓縮空氣環境，油介質環境，埋地環境，廢液環境等。核電站相關程序明確規定了不同環境下涂料的選用原則和范圍。

核島廠房室內大氣環境

　　涂料選用。

　　核島廠房大氣環境主要包括PIC、PID、PIT三類。

　　PIC為安全殼內使用涂料（使用溫度<120℃），安全殼內腐蝕環境較為友好，但輻射強度高，并且涂層的老化、破損會間接影響核島內的部分核安全性能，因此對涂料的耐輻照能力、去污能力和抗老化等是有嚴格規定的。

　　PID類涂料是用于安全殼外核廠房內的涂層系統，此類涂料主要功能是防止設備和構建被核廢料、核燃料在運輸過程中造成的放射性污染，因此此類涂料的核性能要求，只需要具有較好的去污能力和一定的耐輻射能力即可。

　　PIT系列涂層系統在RCCM里被定義為臨時性涂層，通常用于安全殼內及安全殼外核廠房內包保溫材料的高溫設備（t>120℃），在設備包保溫材料前的運輸、存放、安裝階段對基材起保護作用（一般為3年），且在包保溫材料后漆膜在正常運行條件下保持穩定，對安全殼內設備的漆膜，應不含金屬鋁基顏料。

　　根據法國標準NFT30一903規定，核電站所用的涂料應接受大于等于1.6×105Gy輻照的情況下而沒有損傷。核島里許多保護性涂層都是熱固性和高交聯度的樹脂，例如環氧、環氧酚醛、聚酰胺環氧、改性有機硅涂料，它們對累計伽馬輻照的抵抗力都非常高。

　　除基料外，顏料也起著一定的作用，惰性的無機顏料能提高涂的抗輻射性能，高顏料體積濃度涂料的抗輻射性能比含有同樣顏料的低顏料體積濃度涂料好，所以最好選用相對分子質量大的顏料。有機硅、酚醛以及雜環聚合物就具有較好的耐輻射性能。

　　失效案例

　　2010年12月對國內A核電站反應堆下法蘭進行腐蝕檢查發現法蘭表面涂層存在脫落現象，如圖1所示。
 

　　反應堆下法蘭選用的涂料為Carboline  4674是一種單組分改性有機硅，能耐中高溫，承受最高溫度達399℃，具有優異的耐熱波動性及耐候性，但是該涂料不適用于浸泡條件或暴露在飛濺和溢出的酸、堿溶劑下，在正常運行與大修交替期間，反應堆下法蘭會處于干/濕交替的環境中。在反應堆下法蘭運行過程中會有硼酸水存在，涂層在這種環境下長期服役，導致其加速老化，這可能是造成涂層產生破損的主要原因之一。

非核島廠房室內大氣環境

　　涂料選用

　　非核島廠房室內大氣環境涂料主要包括PIA、PIB.PIA系列涂層系統用于非核廠房內正常大氣環境下的設備、設施和土建結構，無放射性沾污，不含腐蝕性氣氛。PIB系列涂層系統用于非核廠房內腐蝕性氣氛環境下的設備、設施和土建結構，無放射性沾污。非核島廠房室內大氣環境常用的涂料有環氧涂料、有機硅耐熱漆、無機富鋅漆、環氧富鋅、環氧云鐵漆、醇酸涂料、磷化底漆（聚乙烯醇縮丁醛磷酸漆）、聚氨酯涂料等等。

　　影響非核島廠房大氣設備涂料矢效的原因較多，但溫度和濕度變化是造成涂層失效的最重要的兩個因素。因此常規島設備外表面涂層必須具有足夠的耐溫性和一定耐酸性。并且除了具有很強的吸附能力外，還要求涂層的干燥時間足夠的短。

　　另外，常用的含鋅涂料，由于在高于60℃時，鋅的自腐蝕電位變得比鐵更正，使得在鋅與鐵構成腐蝕電池中，非但不能對鐵提供犧牲陽極保護，反而加速了鐵的腐蝕，因此必須禁止使用。

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