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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(wǎng)整理來源：慧聰化工網(wǎng) 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(guī)模發(fā)展，電力的使用已滲透到社會經(jīng)濟和生活的各個領(lǐng)域。由于電力具有便于轉(zhuǎn)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(guī)模生產(chǎn)和遠距離輸送等特性，使電力發(fā)展和應(yīng)用的程度，成了衡量其社會現(xiàn)代化水平高低，以及物質(zhì)文明和精神文明高低的重要標志之一。傳統(tǒng)發(fā)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(chǎn)中產(chǎn)生大量有毒有害、污染環(huán)境的物質(zhì)，其主要產(chǎn)物二氧化碳是溫室效應(yīng)的元兇，同期產(chǎn)生的二氧化硫、氧化氮等都是污染大氣的主要物質(zhì)，造成酸雨。因此全世界在開發(fā)清潔能源上很早就達成共識，在各個領(lǐng)域投入大量人力財力，目前開發(fā)可替代能源的領(lǐng)域主要在集中在核電、風電、光電?，F(xiàn)今發(fā)展最迅速、市場效益最好的當屬核電，對于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保護能源安全，積極應(yīng)對氣候變化和保護環(huán)境都具有重要意義。

    我國核電產(chǎn)業(yè)經(jīng)過20多年的發(fā)展，取得了顯著成績，核電設(shè)計、建設(shè)和運營水平明顯提高，核電工業(yè)基礎(chǔ)已初步形成。經(jīng)過起步和小批量兩個階段的建設(shè)，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(nèi)地開始建設(shè)十個以上的核電項目，目前我國逐漸在技術(shù)、管理方面吸收借鑒國際先進經(jīng)驗，使核電發(fā)揮越來越大的作用，提高在發(fā)電總裝機容量上的比例。隨著核電的發(fā)展，核電防腐技術(shù)也在逐步完善，并在核電專用涂料方面積極研發(fā)并投入使用新的、更高效的產(chǎn)品。

    涂料廣泛應(yīng)用于核電站核島、常規(guī)島的鋼結(jié)構(gòu)、混凝土、設(shè)備管道等部位，是核電站腐蝕防護的重要手段之一。根據(jù)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(huán)境涂層，因此可以結(jié)合核電站設(shè)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(shè)備運行需要的考慮，設(shè)計建造核電站一般位于遠離人口稠密地區(qū)的江河、海邊，因此外部一般設(shè)備、廠房等腐蝕環(huán)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(shè)備使用周期長，這些對核電及相關(guān)系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)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(yīng)力腐蝕開裂（Stress corrosion cracks-SCC）

    晶間應(yīng)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(qū)域的防腐特點及產(chǎn)品要求。

    核電站運行時，環(huán)境溫度較高，且存在中子、13l離子、丫離子輻射。因此核島內(nèi)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(guī)島和BOP三大部分。核島部分的使用的涂料和其冷卻水系統(tǒng)的防腐蝕要求和一般鋼結(jié)構(gòu)有重大區(qū)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(jié)構(gòu)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(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防護涂料的技術(shù)性能和要求。只有通過了以上這些試驗的涂料系統(tǒng)才能使用于核電站

    （1）LOCA試驗（失水工況模擬試驗）

    核島的環(huán)境特點是：正常條件下，核島內(nèi)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(nèi)管道發(fā)生破裂，管道內(nèi)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(yīng)重點考慮的是對島內(nèi)適用涂層滿足在異常條件下的使用要求。此外，根據(jù)ALARA原則（所有輻射劑量應(yīng)保持在可合理達到的盡可能低水平），核島適用涂層還應(yīng)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(tǒng)，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(nèi)構(gòu)件等在事故情況下，有時會發(fā)生泄露造成放射性物質(zhì)對有關(guān)設(shè)備設(shè)施的污染。燃料元件在輔照后檢驗系統(tǒng)的設(shè)備污染也很嚴重，放射性塵埃，裂變氣體在設(shè)備表面的吸附等，都會對現(xiàn)場工作造成放射性輻射，要現(xiàn)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(nèi)襯里、及輻射區(qū)域內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)表面，使用的涂料有胺固化高分子量環(huán)氧涂料，無溶劑環(huán)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(jù)法國標準NFT30-903規(guī)定，涂層的耐輻射性應(yīng)該≥1.6×105Gy而沒有損傷。

    上述實驗保證了核島防腐產(chǎn)品在極端條件的使用達到要求。

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

    2.核電站防腐用涂層配套的選擇、設(shè)計及管理要求

    2.1 核電站涂層的選擇

    商業(yè)運行的核電站機組一般均為大功率、連續(xù)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(jīng)濟性和設(shè)備的可靠性，核電站涂層必須選擇已成熟運用的可靠產(chǎn)品，并且至少能夠滿足所在設(shè)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(tǒng)按程序A進行，對有可能造成液體飛濺區(qū)的涂層系統(tǒng)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(yīng)盡可能降低鹵族元素、硫元素的含量。根據(jù)各核島設(shè)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(jù)RCC-M2000版f5300的要求規(guī)定實驗。

    （1）人工老化實驗。按照GB/T 1865進行，室內(nèi)涂層系統(tǒng)進行人工輻照暴露實驗，室外涂層系統(tǒng)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(shè)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(tǒng)應(yīng)按程序A進行。

    （4）抗混凝土開裂性能。所用涂層應(yīng)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(guān)要求，采用拉開法附著力測試。

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

    在核島區(qū)域，中遠關(guān)西推薦的EPOMARINE RX系列的產(chǎn)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(chǎn)品性能上都有良好表現(xiàn)。根據(jù)核電設(shè)計要求及產(chǎn)品性能，目前中遠關(guān)西提供的針對核控制區(qū)的配套如下：

    混凝土表面

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鋼結(jié)構(gòu)表面

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    目前我司在核電防腐上已經(jīng)實現(xiàn)了全系列覆蓋，新研發(fā)推出的EPOMARINE RXN是專為核電混凝土PID159系統(tǒng)設(shè)計，填補了國產(chǎn)核電防腐產(chǎn)品在該領(lǐng)域的空白。中遠關(guān)西的核電涂料產(chǎn)品已經(jīng)在業(yè)內(nèi)取得了優(yōu)異的業(yè)績，同時在田灣、嶺澳、福清等國內(nèi)幾大核電站的施工建設(shè)中被大量采用。

    目前，核電技術(shù)一直沿著高效、清潔、安全的方向發(fā)展，中國的核電技術(shù)發(fā)展迅猛，中遠關(guān)西在核電涂料方面從緊跟潮流到引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展，一直保持著在中國核電涂料領(lǐng)域的領(lǐng)導地位。以CNP1000和CPR1000為代表的、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“二代加”機型，是我國較早引進并進行了成功國產(chǎn)化的技術(shù)，占據(jù)了我國在運和在建核電機組的絕大多數(shù)，中遠關(guān)西通過多年在中國核電領(lǐng)域的開拓，已經(jīng)實現(xiàn)了在核控制區(qū)和非控制區(qū)的所有防腐產(chǎn)品全系列，率先通過幾乎所有涉及的資質(zhì)和性能認證，成為能為核電站所有部位提供優(yōu)質(zhì)防護的涂料供應(yīng)商。

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

    中遠關(guān)西完成了“引進、消化、吸收、再創(chuàng)新”的路子，逐步擁有了核電防腐涂料高端核心技術(shù)，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(shù)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(yōu)質(zhì)可靠的核電專用產(chǎn)品外，嚴格的新造施工控制手段和高標準的施工規(guī)格也是必須采用的。

    涂層防護的好壞與施工過程的質(zhì)量控制密切相關(guān)，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(zhì)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(yǎng)護時間等。表面處理質(zhì)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(jīng)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(zhì)量，許多工業(yè)發(fā)達國家都先后制定了鋼材除銹的質(zhì)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(xiàn)場技術(shù)服務(wù)工程師以及涂料商提供的產(chǎn)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(fā)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(jīng)過28天的干燥養(yǎng)護后，使水分蒸發(fā)、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(shù)次，待干燥后出去析出的粉質(zhì)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(jīng)表面處理后的混凝土表面應(yīng)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(huán)氧膩子修補表面存在的缺陷，注意不要使空氣滯留在坑內(nèi)，使表面平整。涂裝施工前應(yīng)用水把塵土沖凈并完全干燥，在基層深度20mm的范圍內(nèi)，含水量≤6%，地面的PH值在6.8—8.0之間。

    為保證施工質(zhì)量，核電站涂層施工均設(shè)有獨立的質(zhì)量QC，負責施工過程的質(zhì)量檢查和記錄。配合現(xiàn)場涂料施工的技術(shù)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(guī)范和條件等責任。

    3. 核電站涂料的發(fā)展要求

    為適應(yīng)我國“加快發(fā)展核電的產(chǎn)業(yè)方針，及時總結(jié)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(nèi)外涂料應(yīng)用的成功經(jīng)驗和國內(nèi)核電站涂層的應(yīng)用實踐，我國核電站涂料的發(fā)展應(yīng)圍繞以下要求進行開發(fā)和研究。

    （1）假想事故工況下，安全殼內(nèi)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(huán)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(nèi)其它行業(yè)在核電站輔助系統(tǒng)類似環(huán)境中的成功經(jīng)驗，如：低表面處理涂料、濕固化涂料的應(yīng)用經(jīng)驗；海水管道涂層焊縫涂層補口施工工藝的技術(shù)改進等。

    （5）核電業(yè)者嚴格控制施工質(zhì)量并定期檢查涂層。