核工业之腐蚀与防护简述
核能与传统的化石能源相比，具有产能效率高、可避免化石燃料燃烧引起的酸雨、大气污染等环境问题。核电站腐蚀环境
由于核设备长期处于高温高压流动水或饱和蒸汽、310℃ ~ 330℃高温、15.5MPa 高压、复杂工作应力以及强烈辐照等运行工况下。尤其管路杂质沉积容易引起塞积、应力腐蚀开裂（SCC）甚至破裂。这些局部腐蚀、磨蚀、腐蚀疲劳、应力腐蚀，辐照脆化等老化现象都会导致设备整体或部分部件功能失效而引发事故。
大多数核电站建于海边，核电设备长期受到海水的侵蚀。
由于海水中成分复杂且含有较多海生物，这些海生物进入设备、管道后滋生，导致设备出现工作效率下降、维修费用增加、寿命缩短等问题，由此在粗隔栅和重要厂用水泵前管道处引入次氯酸钠溶液，杀死水中海生物。虽然杀死了海生物，但是次氯酸钠中氯离子有很强氧化性，这同时也加重了管道及设备腐蚀。
核电站腐蚀类型
● 核反应堆压力容器腐蚀
○ 反应堆压力容器（RPV）起着容纳冷却剂、支撑堆心、密封放射性物质、保持堆内运行压力等作用。
○ 典型腐蚀： ① 不锈钢、镍基合金及焊接部位的应力腐蚀；②压力容器的辐照脆化与环境疲劳③燃料包壳的积垢和垢下腐蚀等。
● 蒸汽发生器传热管道腐蚀
○ 传热管的腐蚀主要包括：应力腐蚀，晶间腐蚀、耗蚀、凹痕、微震磨损、点蚀或缝隙腐蚀、疲劳破坏、机械损伤等。
○防止传热管的腐蚀的方法可归结为：
（1）传热管材料（提高钢中铬、镍含量，增强抗腐蚀性）
（2）优化结构设计和管路施工结构设计；
（3）水质处理，添加缓蚀剂。
● 换热器腐蚀
○ 换热器腐蚀主要包括：氢腐蚀、氢脆、高温硫化氢腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、冲刷腐蚀及回火脆性损伤等。
○ 失效形式：腐蚀破坏失效、结晶结垢失效和密封泄漏失效三类。
● 核反应堆芯材料腐蚀
○ 反应堆燃料包壳和堆芯结构材料包括：燃料包壳、压力管、支架和孔道管。
○ 防腐方法：由于长期处于300 ~ 400℃的高温高压水和蒸汽环境下，高辐射电解水产生大量氢，因此须选用具有抗疖状腐蚀，抗应力腐蚀，良好吸氢性能、焊接性能和力学性能的堆芯结构材料。
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核腐蚀事故调查
2011 年，福岛第一核电站核泄漏事故是核电站抗震能力不足和设备老化所致，包括原子炉压力容器的中性子脆化，压力抑制室出现腐蚀，热交换区气体废弃物处理系统出现腐蚀。2004 年，关西电力公司美滨核电站 3 号机涡轮机室的冷凝管道由于在冷却水腐蚀下逐渐变薄，进而压力作用下引起延展性断裂导致了核泄漏事故。
2002 年，戴维斯 - 贝斯核电站出现的严重腐蚀导致核电站关闭了两年左右。
欧美日等国多次发生主回路接管安全端及压力容器顶部贯穿管等部位的焊接接头 SCC 失效，造成泄露。
美国萨凡纳河反应堆中的 Zr-2 合金包壳管因“氢脆”造成早期破损事故。？
核电站海水相关系统材料选择及设计
防腐材料
目前核电厂海水相关系统中材料选择大致有：碳钢衬胶管道、不锈钢、碳钢加防腐涂层、树脂管道、钛管。
（1）碳钢加内衬管道
内衬管道主要有涂层、橡胶、塑料及水泥砂浆，衬胶管道只要内衬不受损坏就不会受到腐蚀，如果由于内衬老化、碰伤及局部缺陷导致小面积破损漏出碳钢形成小阳极和大阴极，将造成阳极部分产生极大的腐蚀电流加快该针孔部分腐蚀甚至穿孔。
防止衬胶管道腐蚀主要从以下几方面考虑：尽量减少弯头对管道的冲蚀或对弯头部分进行特殊防腐处理；进行电火花检测仪检验，不应有漏点现象，电火检测仪输出电压为 3000V/mm；加强出厂验收衬板与金属壁的贴实，不许空洞、脱开现象，搭接部分不许有气泡、缝隙等。
（2）不锈钢 316L、Q345 材料
316L 主要运用到粗隔栅、细隔栅、鼓网网片及冲洗水管等部分管线；Q345 主要运行在辅助冷却水管道、鼓网骨架等。
316L 本身具有很强的耐腐蚀性，由于核电站为了杀死海生物投加次氯酸钠溶液使氯离子含量大增，而使其腐蚀较为严重。而实际运行中管径变化处如弯头、异径管、三通处容易造成油漆脱落，在高流速、高腐蚀海水中则加快局部腐蚀和冲刷腐蚀。
该部分应从以下几点考虑：选用耐磨厚浆型树枝涂层，加强防冲刷和腐蚀效果；在部分小管道中改用衬胶管，提高使用寿命；使用不锈钢部分考虑双重保护增加其抗腐蚀性能，外加电流或阳极块的方式是核电站电化学保护的基本方法。
（3）钛管
钛管是一种防腐材料，对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐蚀性能，耐水冲击性能也较强，大量运用在设备冷却水热交换器、闭式冷却水热交换器和凝汽器热交换管束中。秦山二期、宁德核电中闭冷水和设备冷却水都使用板式热交换器，交换效率低且流阻大，更容易引起钛管腐蚀，福清核电使用管式热交换器增加传热效率，且减少海水对设备的冲蚀；在运输过程或停运时通过充氮或者干燥法进行保养；适当增加钛管数量，减少海水对管侧的冲刷，考虑海水腐蚀管道穿孔设计一定裕度，堵管率在 10% 左右；不同金属直接连接时造成电位差加快电位低侧腐蚀，应选择材质或电位相近材料，选用钛钢复合板 （热交换器水室、 管板） 或衬胶 （凝汽器水室） 。
阴极保护
由于海水的腐蚀性，涂层及衬胶的作用是物理隔离，但是当涂层破坏如：涂层本身缺陷，针孔存在；施工或运行过程中涂层破坏使金属暴露。这些现象导致小阳极大阴极的现象，使涂层破坏处腐蚀加速。为了有效地防治海水腐蚀，覆盖层加阴极保护是最为紧急有效的方法，目前核电厂电化学防腐设计有牺牲阳极块的阴极保护和外加电流阴极保护。
（1）牺牲阳极块阴极保护
牺牲阳极中阳极块使用铝 - 锌 - 铟系统合金，主要运用在较分散、形状简单且易于更换的设备管道中，这些部分在核电建设阶段需要重点考虑几点：涂漆的厚度及保养，底漆涂敷时表面预处理应合格，出现锈蚀现象应对锈蚀部位表面重新进行预处理；焊缝、边角及表面凹凸部分应增加涂敷遍数，下一道漆在上道漆表干后涂敷；在施工安装中，阳极表面应保持清洁，严禁沾油污或油漆，阳极脚应与焊接部分采用连续满焊；阳极块是逐渐消耗，在机组每次大修及小修时，应检查阳极块，以免阳极块脱落降低防腐蚀性能且增加循环水阻力。阳极块布置要在合理位置考虑对称布置和均匀布置。
（2）外加电流阴极保护
外加电流一般用于大型的、结构形状复杂的设备，外加电流阴极保护从以下几点考虑：通过对保护电位反复测试及调整，选定合适的满足要求的输出电压档，避免过保护现象；各阳极电流应相差较小，这对提高各阳极的利用率和保护效果极为重要；阴极保护投入使用后，应在所有的保护电位测试位置上经常进行测量并不断调整电流，满足保护电位的需要。
作者：王元
来源：中国腐蚀与防护网原文链接：http://www.ecorr.org/qita/new1/2017-06-01/165938.html
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