AP1000建造過程中不銹鋼材料、部件的保護管理

(國核工程有限公司，上海 200233)

AP1000建造過程中不銹鋼材料、部件的保護管理

張耀

(國核工程有限公司，上海 200233)

本文就AP1000建造過程中不銹鋼部件的失效模式、保護風險進行分析，提供不銹鋼保護管理的應(yīng)對策略。

AP1000核電 不銹鋼 保護管理

0 引言

不銹鋼是在普通碳鋼基礎(chǔ)上，加入一組鉻的質(zhì)量分數(shù)大于12%合金元素的鋼材，足量鉻元素使鋼材表面形成一層(FeCr)2O3鈍化膜。不銹鋼表面鈍化膜的存在，使鋼基體具有天然的防環(huán)境氧化作用的屏障，從而使不銹鋼具有良好的防腐蝕性能。不銹鋼不易生銹的特點，降低了不銹鋼在輻射環(huán)境中輻照活動和放射性沾污，從而使輻射污染得以控制，這是不銹鋼材料、部件在核電站被大量使用的原因。

為確保核電站不銹鋼部件功能防腐蝕、防放射性污染擴散，建造期間對不銹鋼材料、部件實施有效保護非常重要。AP1000核電采用平型施工的建造技術(shù)，即整個建造過程，采用同期安排同一標高范圍內(nèi)的土建、安裝活動，見圖1。這種建造次序使建造過程，AP1000不銹鋼材料、部件更多地暴露于大氣環(huán)境中，從而大大增加了不銹鋼材料、部件的保護失效風險。

圖1 AP1000建造平行施工示意

1 不銹鋼保護失效模式分析

不銹鋼材料、部件保護不到位所導(dǎo)致的結(jié)果為污染和腐蝕；而受污染或腐蝕的不銹鋼可在現(xiàn)場存儲或正常運行期間出現(xiàn)功能下降或失效[1]。因此，AP1000建造過程不銹鋼應(yīng)以污染和腐蝕的預(yù)防和控制為出發(fā)點，結(jié)合AP1000建造技術(shù)特點和部件功能要求進行過程保護管理。總結(jié)AP1000不銹鋼失效模式可分為四類，具體為：

(1) 表面污染。

潔凈不銹鋼表面呈現(xiàn)銀白色的金屬本色，建造過程中不銹鋼污染的形式有：粘泥沉積、垃圾沾污、鐵銹污染、灰塵和泥砂，圖2為不銹鋼污染的實際例子。

圖2 不銹鋼表面污染示意圖

(2) 常壓條件下的腐蝕：點蝕、縫隙腐蝕。

與碳鋼相比，不銹鋼在存在積液的環(huán)境中更容易發(fā)生點蝕、縫隙腐蝕。腐蝕產(chǎn)生的局部條件見圖3、圖4，即首先不銹鋼表面的積液溶解空氣中存在的鹵素離子，這些積液將對不變鋼表面的鈍化膜產(chǎn)生破壞作用；其次，不銹鋼表面有沉積物時，積液局部濃縮，持續(xù)向下侵蝕，形成點蝕；或者不銹鋼表面構(gòu)成縫隙時，積液在縫隙區(qū)局部滯留破壞鈍化層，發(fā)生電化學(xué)作用，形成縫隙腐蝕。

圖3 不銹鋼表面點蝕示意圖

圖4 不銹鋼縫隙腐蝕示意圖

(3) 拉應(yīng)力條件下的腐蝕：應(yīng)力腐蝕。

在含有鹽分或其它鹵素元素的氣體或液體介質(zhì)中，不銹鋼表面缺陷(點蝕、微裂紋)會在拉應(yīng)力作用下出現(xiàn)腐蝕加速，腐蝕產(chǎn)生的局部條件見圖5。建造期間，不銹鋼部件拉應(yīng)力往往來源于焊接殘余應(yīng)力、安裝精度的超差。

圖5 不銹鋼在拉應(yīng)力作用下應(yīng)力腐蝕示意圖

(4) 不銹鋼撞損：鋼板變形、坡口損傷、凹坑。不銹鋼受到外物鐵基金屬撞擊或刮擦會使不銹鋼表面產(chǎn)生變形、鈍化膜損傷、凹坑，使不銹鋼局部拉應(yīng)力增加，鈍化膜破裂，圖6為不銹鋼表面發(fā)生撞損后的缺陷示意圖。

圖6 撞損后不銹鋼表面缺陷示意圖

2 AP1000建造過程不銹鋼保護風險分析

AP1000核電不銹鋼材料、部件類型根據(jù)金相組織分類，有：馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼；根據(jù)不銹鋼部件的功能分類，可概括為：不銹鋼耗材、不銹鋼管道、不銹鋼閥門、不銹鋼設(shè)備、不銹鋼部件等，具體見表1。

(1) 不銹鋼耗材的保護風險：AP1000不銹鋼耗材包括保溫盒、風管、鋼板、角鋼、焊材等。這類材料不屬于壓力邊界，建造過程中沒有應(yīng)力腐蝕風險；但是這類材料量多面廣，表面污染會普遍存在。

(2) 不銹鋼管道的保護風險：不銹鋼管道材料為奧氏體不銹鋼，屬于壓力邊界，管道內(nèi)部含鹵素、懸浮物的積液有導(dǎo)致管道內(nèi)表面點蝕、縫隙腐蝕的風險；管道坡口保護不到位的條件下，易于發(fā)生撞損；管道外表面污染在AP1000建造過程中普遍存在。

(3) 不銹鋼閥門的保護風險：不銹鋼閥門屬于壓力邊界，閥門內(nèi)雜物可導(dǎo)致閥門損壞；閥門法蘭密封面應(yīng)保持清潔無污染；閥門外表面會存在少量污染。

表1 AP1000建造過程不銹鋼風險分析

(4) 不銹鋼設(shè)備的保護風險：AP1000不銹鋼設(shè)備包括：箱罐、容器、換熱器、泵體等[2]。不銹鋼設(shè)備材料以奧氏體不銹鋼為主，屬于壓力邊界，設(shè)備內(nèi)部含鹵素、懸浮物的積液有導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)壁點蝕、縫隙腐蝕的風險；不銹鋼換熱管如果存在積液滯流，發(fā)生這類腐蝕的風險極大。AP1000建造過程中不銹鋼設(shè)備外表面常常會發(fā)生積灰、銹水污染。相對于奧氏體不銹鋼、由雙相不銹鋼制成的箱體，耐較高濃度含鹵素溶液侵蝕性能更好，發(fā)生點蝕、縫隙腐蝕的風險較低。

(5) 不銹鋼部件的保護風險：AP1000不銹鋼部件包括五金件(螺栓、螺母、墊片)、支撐支架、法蘭、地漏、孔板、濾網(wǎng)等，不屬于壓力邊界；螺栓受污染后在高濕度環(huán)境下放置，有應(yīng)力腐蝕風險；AP1000建造過程中，不銹鋼部件的風險主要為表面污染。

3 AP1000建造過程不銹鋼保護和應(yīng)對策略

AP1000建造過程不銹鋼保護是涉及施工材料、工序安排、現(xiàn)場管理、糾正措施等方面，需要施工單位思想上的高度重視、管理上的周密安排，具體的應(yīng)對策略總結(jié)如下：

(1) 施工材料：不銹鋼保護在施工材料方面的出發(fā)點是盡一切措施避免碳鋼與不銹鋼的直接接觸、不銹鋼表面污染，主要措施為：①選擇鍍鋅鋼管、架板作為腳手架材料。②靠近不銹鋼一側(cè)腳手架端部安裝可拆式塑料套。③不銹鋼部件上方裸露碳鋼部件應(yīng)進行油漆保護。④不銹鋼耗材、部件的現(xiàn)場存放的防塵、防水管理。⑤對施工現(xiàn)場任何非設(shè)計許可的碳鋼與不銹鋼接觸發(fā)布質(zhì)量問題通知單，要求責任單位立即整改。

(2) 工序安排：不銹鋼保護在工序安排方面的基本要求是，將交叉作業(yè)對不銹鋼部件的表面污染盡可能降低，主要措施為：①廠房未封閉前，盡量減少不銹鋼耗材、部件的引入。②現(xiàn)場大部分不銹鋼材料在移交前需進行酸洗鈍化，需合理安排酸洗鈍化的時機。③同一空間內(nèi)，上方大量安裝未實施前，避免下方不銹鋼部件先行安裝。

(3) 現(xiàn)場管理：不銹鋼保護在現(xiàn)場管理方面的要求是采取一切措施降低不銹鋼部件表面污染，包括：①對先期安裝就位的不銹鋼設(shè)備進行包裹保護。②對現(xiàn)場所有管道、閥門端口進行封堵。③建立現(xiàn)場積水快速清理的管理制度。④建立現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生包干負責制。⑤防護措施不到位，不銹鋼部件上方不充許進行噴砂、打磨作業(yè)。⑥貫徹并檢查現(xiàn)場施工活動“工完料盡場地清”要求。⑦定期進行不銹鋼物項表面污染巡查，并跟蹤處理結(jié)果。⑧存在踩踏風險不銹鋼，安裝完成后，要求搭設(shè)專人員穿行通道、或施工人員穿保護鞋套。

(4) 糾正措施：必須認識到AP1000建造過程，不銹鋼表面污染難以避免，對不銹鋼部件進行污染消除的有效辦法包括：①以去離子水對不銹鋼鋼表面進行擦拭。②以不含鹵素的有機溶劑對不銹鋼表面油污進行清理。③以酸洗鈍化工工藝對不銹鋼表面進行清潔恢復(fù)。

4 結(jié)論

AP1000開始頂建造過程中，不銹鋼部件保護失效風險增加。為避免失效的發(fā)生，需要我們改進以往核電站建造過程不銹鋼管理的思路和要求，施工單位對此必須給予足夠的重視。我們認為基于不銹鋼部件設(shè)計功能的符合性，采取糾正和預(yù)防相結(jié)合的應(yīng)對思路，是AP1000建造過程不銹鋼部件經(jīng)濟、有效保護管理的最佳選擇。

[1] 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究等譯. ASME NQA-1 核設(shè)施質(zhì)量保證要求[M]. 上海科學(xué)技術(shù)文獻出版社, 2007年: 50.

[2] 林誠格主編. 非能動安全先進核電廠AP1000[M]. 原子能出版社, 2008年:16-27.

Protection Management for Stainless Steel Materials&Parts In AP1000 Construction Process

ZHANG Yao
(State Nuclear Engineering Company Construction Centre, Sanmen SPMO Construction Department, Shanghai 200233, China)

The article analyses the failure modes and protection risks of stainless steel parts. Disposition of stainless steel parts are suggested.

AP1000 nuclear plant; stainless steel; protection management

TG174

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張耀 (1972－) ，男，江蘇蘇州人，碩士，高級工程師，國核工程三門SPMO施工管理，研究方向為核電材料、設(shè)備現(xiàn)場管理。