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核電涂料性能和涂裝概述

2017-01-19 18:05:59 作者：本網整理來源：慧聰化工網分享至：

    進入21世紀后，我國電力仍將以較高的速度和更大的規模發展，電力的使用已滲透到社會經濟和生活的各個領域。由于電力具有便于轉換能源型式，能高度集中和無限劃分，清潔干凈和易于控制，可大規模生產和遠距離輸送等特性，使電力發展和應用的程度，成了衡量其社會現代化水平高低，以及物質文明和精神文明高低的重要標志之一。傳統發電手段主要是火電，但是由此消耗的大量煤和石油，不僅導致不可再生資源的嚴重消耗，而且在開采、生產中產生大量有毒有害、污染環境的物質，其主要產物二氧化碳是溫室效應的元兇，同期產生的二氧化硫、氧化氮等都是污染大氣的主要物質，造成酸雨。因此全世界在開發清潔能源上很早就達成共識，在各個領域投入大量人力財力，目前開發可替代能源的領域主要在集中在核電、風電、光電。現今發展最迅速、市場效益最好的當屬核電，對于優化能源結構，保護能源安全，積極應對氣候變化和保護環境都具有重要意義。

    我國核電產業經過20多年的發展，取得了顯著成績，核電設計、建設和運營水平明顯提高，核電工業基礎已初步形成。經過起步和小批量兩個階段的建設，目前形成了浙江秦山、廣東大亞灣和江蘇田灣三個核電基地，并在沿海和內地開始建設十個以上的核電項目，目前我國逐漸在技術、管理方面吸收借鑒國際先進經驗，使核電發揮越來越大的作用，提高在發電總裝機容量上的比例。隨著核電的發展，核電防腐技術也在逐步完善，并在核電專用涂料方面積極研發并投入使用新的、更高效的產品。

    涂料廣泛應用于核電站核島、常規島的鋼結構、混凝土、設備管道等部位，是核電站腐蝕防護的重要手段之一。根據核電站各個部位防腐要求的不同，尤其是核電自身的特殊運行條件，核電站涂層防護可分為抗大氣腐蝕涂層和抗液體、埋地環境涂層，因此可以結合核電站設備組成分別對不同功用的適用涂層進行分析。

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    1.核島用防腐蝕涂料

    出于安全和設備運行需要的考慮，設計建造核電站一般位于遠離人口稠密地區的江河、海邊，因此外部一般設備、廠房等腐蝕環境基本屬于腐蝕等級較高的臨水（海水、淡水）條件，核電運行后，設備使用周期長，這些對核電及相關系統鋼結構等的防風防腐防潮性能、安全可靠性、工作效率等提出了十分苛刻的要求。

    微生物引起腐蝕（Microbiological induced corrosion）

    均勻腐蝕（General corrosion）

    電偶腐蝕（Galvanic corrosion）

    侵蝕腐蝕（Erosion corrosion）

    縫隙腐蝕/點蝕（Crevice? & pitting corrosion）

    水滴侵蝕（Water droplet Erosion）

    氣蝕（Cavitation （bubble）

    應力腐蝕開裂（Stress corrosion cracks-SCC）

    晶間應力腐蝕開裂（Intergranular stress corrosion cracks-IGSCC）

    因此核電必須采用特殊的重防腐涂料涂裝，才能滿足長期防腐，這里我們重點討論核控制區域的防腐特點及產品要求。

    核電站運行時，環境溫度較高，且存在中子、13l離子、丫離子輻射。因此核島內適用涂層必須具有一定的耐溫性、抗輻照老化性。核電站主要分為核島、常規島和BOP三大部分。核島部分的使用的涂料和其冷卻水系統的防腐蝕要求和一般鋼結構有重大區別。

    用于核電站的涂料，除了與一般涂料相同的要求外，還有一些特殊的更高的要求。核電站鋼結構涂料按法國標準NF T30-900，NF T30-901，NF T30-903， NF T30-049及NF X41-002分別進行并要通過LOCA試驗、去污試驗、輻照試驗、老化試驗及鹽水噴霧等試驗，符合核電站安全殼內鋼結構防護涂料的技術性能和要求。只有通過了以上這些試驗的涂料系統才能使用于核電站

    （1）LOCA試驗（失水工況模擬試驗）

    核島的環境特點是：正常條件下，核島內空氣中腐蝕性離子較少，溫度保持恒定，涂層劣化的主要途徑是人為損傷和輻照作用；異常條件下，如核島內管道發生破裂，管道內充滿的高溫高壓蒸汽瞬間能使核島局部達到約300℃、16MPa。因此核電防腐涂料應重點考慮的是對島內適用涂層滿足在異常條件下的使用要求。此外，根據ALARA原則（所有輻射劑量應保持在可合理達到的盡可能低水平），核島適用涂層還應具備較低表面處理條件下的可維修性。

    失水工況模擬試驗（LOCA，loss of coolant accident）主要為了考驗涂料的耐高溫噴淋液體的性能。在事故工況下，如果保護涂層的脫落可能堵塞流體管線、泵和回流噴水系統，妨礙噴淋，將對異常情況處理造成很大危害。

    （2）去污試驗

    核電站燃料元件，堆內構件等在事故情況下，有時會發生泄露造成放射性物質對有關設備設施的污染。燃料元件在輔照后檢驗系統的設備污染也很嚴重，放射性塵埃，裂變氣體在設備表面的吸附等，都會對現場工作造成放射性輻射，要現場排除故障前，要先進行去污，使放射性劑量水平降低到一定的允許值。需要具有去污性能的地方如混凝土表面和混凝土槽內襯里、及輻射區域內的鋼結構表面，使用的涂料有胺固化高分子量環氧涂料，無溶劑環氧漆等。

    （3）輻射試驗

    放射性輻照會加速涂層中高分子樹脂或聚合物的老化耐開裂，過量的放射性射線輻照會引起聚合物中化學鍵的斷裂耐降解。對于核電站所用的涂料，根據法國標準NFT30-903規定，涂層的耐輻射性應該≥1.6×105Gy而沒有損傷。

    上述實驗保證了核島防腐產品在極端條件的使用達到要求。

    核電站常規島涂層主要用于：設備外表面的抗大氣腐蝕防護和去離子水儲存罐等的內部腐蝕防護。核電站輔助系統涂層主要包括：酸堿鹽飛濺條件下的涂層、結露設備及鋼結構表面的涂層、電器設備表面涂層、海洋大氣和海水環境下的涂層等，一般主要是非控制區（沒有放射性污染的區域）廠房內正常大氣環境、腐蝕性環境的涂層系統。

    2.核電站防腐用涂層配套的選擇、設計及管理要求

    2.1 核電站涂層的選擇

    商業運行的核電站機組一般均為大功率、連續運行，核電站涂層的施工時機一般選擇機組換料大修期間。基于核電站運行的經濟性和設備的可靠性，核電站涂層必須選擇已成熟運用的可靠產品，并且至少能夠滿足所在設備一個或幾個大修周期的防護要求。

    核島適用涂層的選擇需滿足以下要求：

    （1）耐液體性實驗。達到EJ／T1087—1998，對長期與液體接觸的涂層系統按程序A進行，對有可能造成液體飛濺區的涂層系統按程序B進行

    （2）去污、耐輻照實驗。達到EJ/T 1112--2000、EJ/T 1111-2000中丫射線輻照、去污性的要求。

    （3）涂料中的各種成分應盡可能降低鹵族元素、硫元素的含量。根據各核島設計要求，控制硫和鹵素的總含量。

    （4）模擬DBA（Design Basis Accident）實驗。模擬DBA試驗及修補性試驗。

    輻照后模擬DBA試驗。根據RCC-M2000版f5300的要求規定實驗。

    （1）人工老化實驗。按照GB/T 1865進行，室內涂層系統進行人工輻照暴露實驗，室外涂層系統進行人工氣候老化實驗，并按GB/T-1766進行評定。

    （2）耐鹽霧實驗。實驗方法采用GB/T 1771，評定要求按各核島設計要求。

    （3）耐水試驗。實驗方法采用EJ/T 1087，長期與去離子水接觸的涂層系統應按程序A進行。

    （4）抗混凝土開裂性能。所用涂層應保證在一定要求下（如1mm混凝土基底開裂）仍能保證涂層的抗液體滲透性。

    （5）耐磨試驗。實驗方法采用GB/T 1768

    （6）附著力試驗。拉開法，參照GB/T 5210的有關要求，采用拉開法附著力測試。

    中遠關西的核電防腐涂料產品，在產品的原材料、生產工藝、質量控制、產品性能、施工性能都是嚴格按照日本關西的產品指標進行控制的，研發人員經過大量實驗調整對日本配方的消化吸收，在核電涂料研發、改進的工作上進行了近百次實驗，同時在中遠關西專門為核電項目的實驗購置了大量高端實驗設備，與北京核工業研究院密切配合，得到國內核電行業權威機構的實驗認證。中遠關西涂料在專門為核電站的核控制區域設計的特殊防腐品種RX系列產品，能滿足嚴苛的防腐設計要求，適用于特殊的施工環境，并且產品的性能通過了LOCA等實驗檢測。

    在核島區域，中遠關西推薦的EPOMARINE RX系列的產品在防腐性和耐沾污、耐輻照性能等針對核電涂裝特種涂層要求的高端產品性能上都有良好表現。根據核電設計要求及產品性能，目前中遠關西提供的針對核控制區的配套如下：

    混凝土表面

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鋼結構表面

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    目前我司在核電防腐上已經實現了全系列覆蓋，新研發推出的EPOMARINE RXN是專為核電混凝土PID159系統設計，填補了國產核電防腐產品在該領域的空白。中遠關西的核電涂料產品已經在業內取得了優異的業績，同時在田灣、嶺澳、福清等國內幾大核電站的施工建設中被大量采用。

    目前，核電技術一直沿著高效、清潔、安全的方向發展，中國的核電技術發展迅猛，中遠關西在核電涂料方面從緊跟潮流到引領技術發展，一直保持著在中國核電涂料領域的領導地位。以CNP1000和CPR1000為代表的、具有完全自主知識產權的“二代加”機型，是我國較早引進并進行了成功國產化的技術，占據了我國在運和在建核電機組的絕大多數，中遠關西通過多年在中國核電領域的開拓，已經實現了在核控制區和非控制區的所有防腐產品全系列，率先通過幾乎所有涉及的資質和性能認證，成為能為核電站所有部位提供優質防護的涂料供應商。

    在國際核電領域里逐漸占據重要地位的新核電技術AP1000核電技術是中國第三代核電自主技術。中國核電市場通過引進消化吸收再創新，掌握了AP1000的五大核心技術，為推進中國核電產業技術水平的整體跨越，為實現中國第三代核電AP1000的自主化、批量化建設打下了堅實的基礎。AP1000核電技術是目前唯一一項通過美國核管理委員會（NRC）最終設計批準的第三代核電技術，這是目前全球核電市場中最安全、最先進的商業核電技術。我國正在建設中的三門、海陽兩個項目就使用了AP1000技術，中遠關西已經成功成為其主要涂料供應合作伙伴。作為時刻關注核電領域最新進展和技術動向的中遠關西，早在AP-1000技術處于論證初期，就展開技術儲備，專人進行產品研發。已經研發成功的SD ZINC PRIMER 2000和UNIVERSAL EP-100專為AP-1000體系的鋼結構部位設計并通過嚴格的實驗認證，上述產品都是按照國際最先進的產品規范設計的，采用高固體、低VOC的環保型體系，在確保實現AP-1000技術核電站防腐用產品國產化的同時，遵循國際上日益強烈的環保性能的追求，使中遠關西的產品能最大限度的服務于客戶。

    中遠關西完成了“引進、消化、吸收、再創新”的路子，逐步擁有了核電防腐涂料高端核心技術，為將來逐步擴大在核電涂料市場的份額，并最終形成中國的核電防腐技術品牌在積蓄力量。

    2.2 核電站涂層的施工要求

    為盡可能提高涂料的防護周期，除了采用優質可靠的核電專用產品外，嚴格的新造施工控制手段和高標準的施工規格也是必須采用的。

    涂層防護的好壞與施工過程的質量控制密切相關，尤其對于核電體系所要達到的長期防腐要求而言，高標準的表面處理等級（一般要達到Sa2.5（近白級））、嚴格的新造施工控制等條件，都是達到良好涂裝品質的必要條件。如：涂裝前表面處理，要求磨料干燥無油；漆涂裝前的表面清潔度；兩道面漆涂裝間隔；不同溫度、濕度條件下的涂層養護時間等。表面處理質量包括三個方面，即鋼板表面的可視清潔度（銹蝕、氧化皮等）、粗糙度和不可視清潔度（油脂、可溶性鐵鹽、氯化物、硫化物、灰塵等），在這方面已經形成了較完善的檢測標準和體系。鋼材表面可視清潔度（銹蝕、氧化皮）的評定，可分為定量和定性兩種方法。為了能正確、方便地評定鋼材在除銹之后的表面處理質量，許多工業發達國家都先后制定了鋼材除銹的質量等級標準，我國標準為GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》。在施工中嚴格遵照現場技術服務工程師以及涂料商提供的產品說明書、施工指導書等進行施工也是保證涂料性能達到最大限度發揮的前提。在對混凝土表面涂裝前處理中，也有嚴格的處理程序和控制指標需要遵守，如新水泥一般不宜立即涂裝涂料，至少要經過28天的干燥養護后，使水分蒸發、鹽分析出才能開始涂裝。如需急施工，可采用15～20％的硫酸鋅溶液刷洗水泥表面數次，待干燥后出去析出的粉質和浮粒；也可用5～10％的鹽酸溶液噴淋，再用清水洗滌干燥；此外也可用耐堿的底漆先進行表面封閉處理。經表面處理后的混凝土表面應無浮漿、脫膜劑、油污，去除凸起物及打開所有表面的孔洞，用配套的環氧膩子修補表面存在的缺陷，注意不要使空氣滯留在坑內，使表面平整。涂裝施工前應用水把塵土沖凈并完全干燥，在基層深度20mm的范圍內，含水量≤6%，地面的PH值在6.8—8.0之間。

    為保證施工質量，核電站涂層施工均設有獨立的質量QC，負責施工過程的質量檢查和記錄。配合現場涂料施工的技術支持工程師同樣擔負著解決涂料施工困難，控制涂裝效果，嚴格涂裝規范和條件等責任。

    3. 核電站涂料的發展要求

    為適應我國“加快發展核電的產業方針，及時總結核電站涂料的適用特點和進行涂料防護分析以及借助于國內外涂料應用的成功經驗和國內核電站涂層的應用實踐，我國核電站涂料的發展應圍繞以下要求進行開發和研究。

    （1）假想事故工況下，安全殼內涂層須滿足附著力要求。

    （2）安全殼涂層的耐溫、耐輻照、去污性的改進和提高。

    （3）嚴格進行核島涂層、二回路液體環境中涂層成分的控制，如降低鹵素、硫元素的含量。

    （4）借鑒國內其它行業在核電站輔助系統類似環境中的成功經驗，如：低表面處理涂料、濕固化涂料的應用經驗；海水管道涂層焊縫涂層補口施工工藝的技術改進等。

    （5）核電業者嚴格控制施工質量并定期檢查涂層。