淺析電廠除鹽水箱內(nèi)壁聚脲防腐涂層對(duì)水質(zhì)的影響

程佳　李國(guó)海　李斯亮

摘 要：核電施工對(duì)水質(zhì)的要求較高，在除鹽水過程中，為了防止箱體腐蝕，通常在水箱內(nèi)壁上涂上一層聚脲防腐涂層。聚脲防腐層對(duì)出水水質(zhì)具有一定的影響。筆者分析了這一影響，并且通過試驗(yàn)的過程提出了除鹽水箱內(nèi)壁聚脲防腐涂層對(duì)水質(zhì)具有影響的結(jié)論，但影響不大，電廠處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，通過監(jiān)測(cè)和間斷性的淡水輸入就可以解決。

關(guān)鍵詞：聚脲防腐涂層 除鹽水箱 水質(zhì) 影響

中圖分類號(hào)：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（b）-0102-02

聚脲是核電廠除鹽水箱為防止腐蝕而使用的一種表面涂層，主要成分為異氰酸酯類化合物。這種技術(shù)最初源于美國(guó)，隨后日本和韓國(guó)也在20世紀(jì)末期開始使用這一技術(shù)，并且在核電領(lǐng)域取得了較好的效果。我國(guó)第一次使用聚脲材料是在1995年，事實(shí)上是早于日本等國(guó)家。隨著核電工程的發(fā)展，在核電工廠除鹽水箱上的應(yīng)用成為一種流行。將其應(yīng)用于核電廠污水處理過程中的箱體上，就可以實(shí)現(xiàn)防腐以及脫硫作用，聚脲以其高效性受到各個(gè)行業(yè)的歡迎，如箱體防腐、廢水池襯里以及管道的涂層等。但對(duì)于核電廠來說，水質(zhì)的保證是基礎(chǔ)，聚脲彈性材料除鹽水箱內(nèi)壁防腐材料溶出物對(duì)出水水質(zhì)具有嚴(yán)重的影響，因此針對(duì)聚脲涂層的處理就成為核電廠的主要任務(wù)之一。

1 電廠除鹽水的水質(zhì)要求

電廠發(fā)電用水主要為自然水，海水居多。海水中含大量的鹽分，鹽對(duì)于發(fā)電具有較大影響，因此電廠要通過一系列的除鹽過程來確保水質(zhì)。除鹽生產(chǎn)系統(tǒng)的作用是對(duì)已經(jīng)合格的水進(jìn)行超濾滲透處理，是電廠水輔助處理系統(tǒng)的代表。電廠的水處理技術(shù)目前主要包括離子交換技術(shù)和超濾滲透技術(shù)。對(duì)于除鹽水的濃度，要根據(jù)水質(zhì)需求而定。隨著我國(guó)核電發(fā)電的快速發(fā)展，設(shè)備的類型增加，水質(zhì)的好壞不僅會(huì)影響發(fā)電效果，還影響電廠設(shè)備的性能。過多鹽分會(huì)造成腐蝕嚴(yán)重，電廠為了防止腐蝕過程通常采用表面涂抹防腐層的方式，但從根本上，還應(yīng)注重水質(zhì)的提高。

以某電廠為例，該核電廠為了防止鹽分過多造成設(shè)備腐蝕，在水箱表層上使用了聚脲材料，水箱材料為碳鋼，聚脲涂層厚度為1.5 mm ，并且要保證施工環(huán)境為天氣晴朗。使用一段時(shí)間后，水箱內(nèi)壁出現(xiàn)溶出物，為了檢測(cè)其是否影響水質(zhì)，我們對(duì)噴涂后的設(shè)備內(nèi)壁進(jìn)行溶出物檢查。

2 碳鋼板聚脲涂層溶出物檢測(cè)試驗(yàn)

2.1 試塊制作

聚脲試塊以1∶1的比例設(shè)計(jì)，并噴涂于除鹽水箱表面，在除銹過程中，要將試塊置于通風(fēng)處，加速其固化過程。該次的聚脲噴涂層厚度為1.5 mm。聚脲凝固時(shí)間短，通常為2～3 s，但完全固化卻需要2 d。我們對(duì)使用一周后的除鹽水箱進(jìn)行析出成分檢測(cè)，分析其工作壓力、工作溫度以及析出物的性質(zhì)，期間實(shí)際的運(yùn)行溫度為70 ℃～75 ℃。

2.2 試驗(yàn)方法和結(jié)果

我們將試驗(yàn)中試塊分成2組，并分別浸入于1 000 mL的除鹽水中，2組的浸泡時(shí)間均為7 d，不同的是第一組要求每浸泡1 d后取出，換水后再植入鹽水中，第二組則直接浸泡7 d。要保證兩種的試驗(yàn)條件相同，對(duì)空白水樣進(jìn)行檢查，檢測(cè)水中Mg2+、F-、SO42-、Cl-、Ca2+以及TOC的含量。水箱鹽水量3 000 m3，2個(gè)水箱的直徑均為16 m，高H=15.766 m，對(duì)析出物質(zhì)的計(jì)算采下述公式進(jìn)行。計(jì)算所得的面積為水箱中的水與內(nèi)壁接觸的最大面積：

S=πD·H+π（D/2）2=3.14×16×15.766+3.14×（16/2）2= 993.04 m2。

我們將箱內(nèi)鹽水面積和試塊的接觸面積設(shè)為S2，試塊的長(zhǎng)度、寬度和高度分別用l，w，h來代表，水樣體積V2，經(jīng)過測(cè)試所得試塊的長(zhǎng)度分別為10 cm，10 cm和1 cm，則水樣的體積V2=1 000 mL。S2=2lw+2（l+w）h=0.024 m2。之后我們將能夠與水接觸的面積S和計(jì)算所得體積V2的比值記作Ssa，也就是Ssa=S/V=993.4 m2/3 000 m3=0.331 m-1。這個(gè)試驗(yàn)說明了被測(cè)試樣品并沒有完全應(yīng)用，其面積是已應(yīng)用面積的72倍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行折算后，可以得出2種浸泡方法下的水中F-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+及TOC含量的變化。從整體上，直接浸泡7 d的試塊中離子和TOC的含量均高于第一種浸泡方式。

2.3 試驗(yàn)分析及結(jié)論

除鹽水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求F-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+離子的含量要<1 g/L，而TOC<50 g/L。在該次試驗(yàn)中，連續(xù)浸泡之后的離子含量較大，其中以Mg2+最多，但含量遠(yuǎn)小于1 g/L，僅為0.143 g/L，不會(huì)影響系統(tǒng)除鹽效果。但2種方式的TOC均偏高，連續(xù)浸泡后的TOC含量超過了50 g/L，已經(jīng)可以對(duì)除鹽水水質(zhì)造成一定的影響，間斷性浸泡的含量為25.4 g/L。通過分析，筆者認(rèn)為這是由于噴涂機(jī)A組分微量過量，使得聚脲涂層與水發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了大量的CO2，尤其是連續(xù)浸泡，生產(chǎn)的CO2量不斷提高，從而導(dǎo)致了除鹽水初期水中的TOC升高。產(chǎn)生影響主要在最初的7 d，進(jìn)一步驗(yàn)證了這一理論。最后，我們對(duì)除鹽系統(tǒng)運(yùn)行1個(gè)月后進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目為水中的含鹽量和其他離子的含量。結(jié)果顯示，系統(tǒng)中鈣離子、鎂離子等均符合水質(zhì)要求，小于1 g/L。但在長(zhǎng)時(shí)間使用后，水箱內(nèi)壁上會(huì)殘留多種污染物，也使鈣離子的含量上升，通電使用后，由于有循環(huán)水的介入，很快鈣離子和鎂離子的含量又下降至1 g/L以下。說明在正常運(yùn)行情況下，使用聚脲防腐涂層對(duì)水質(zhì)的影響較小；有循環(huán)水介入的情況下，基本上可以保持穩(wěn)定。

為進(jìn)一步解決這一問題，我們對(duì)核電站運(yùn)行用水水質(zhì)需求進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)調(diào)試期間對(duì)水質(zhì)的要求并不高，上述水質(zhì)可以滿足需求。因此只要控制好水量，將其應(yīng)用于調(diào)試期，就可以節(jié)省二次處理或者提高系統(tǒng)性能的成本。但對(duì)于出水水質(zhì)的控制依然十分重要，要保證除鹽水的快速更新，一般不能超過24 h。在核電廠正常運(yùn)行情況下，適當(dāng)?shù)叵蛩鋬?nèi)補(bǔ)充水分來稀釋鹽水，再通過加強(qiáng)監(jiān)管就可以實(shí)現(xiàn)這一過程。

3 結(jié)語

核電廠在除鹽水過程中，通常在鹽水箱表面涂上一層聚脲防腐涂層，來防止鹽水對(duì)設(shè)備的腐蝕作用，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。但大量的聚脲彈性體會(huì)造成除鹽率下降，因此對(duì)除鹽水箱聚脲涂層進(jìn)行處理是十分必要的。文章通過試驗(yàn)的方式說明了這一點(diǎn)，以間隔性浸泡和連續(xù)浸泡相應(yīng)材料試塊的方式進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，結(jié)果顯示，在連續(xù)浸泡后水中TOC含量確實(shí)能夠引起水質(zhì)的降低，但其他離子的含量較低，不會(huì)影響水質(zhì)。因此提示核電廠可以使用聚脲防腐涂層，但要除鹽水過程中，有意識(shí)地向水箱內(nèi)輸送適量的淡水，減少聚脲與內(nèi)壁接觸的可能，確保水質(zhì)的正常，促進(jìn)核電廠的穩(wěn)定發(fā)展。

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