核電廠除磷藥箱腐蝕穿孔原因分析及解決措施

周 澄 吳昉赟 蔣益豐 劉洪群

（1.中核核電運行管理有限公司，江蘇 海鹽 314300；2. 蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

0 概述

核電廠污水處理系統的功能是對廠區的生活污水、辦公排水、餐廳廢水、日常洗滌廢水等進行深化處理，達到環保排放要求。該系統工藝復雜，設備眾多，廢水深化處理過程中，會涉及到混凝劑、消毒劑等化學藥品，一旦涉及這些藥品的設備或管道出現問題，可能引起人身安全，同時會影響系統正常運行，進而影響核電廠的正常運轉。

某核電廠污水處理系統在運行7年以后，運行人員發現1#除磷藥箱底部腐蝕穿孔，箱體底部已腐蝕穿孔，穿孔附近基地已經腐蝕減薄至紙片狀，如圖1所示，已無法進行貼板補焊修復，不得不更換新備件。

除磷藥箱的工作過程是將固體聚合氯化鋁[PAC，Alm（OH）n（H2O）x]直接加入藥箱后，加水進行攪拌。加藥箱體為碳鋼，內壁涂裝環氧煤瀝青漆進行防腐，除磷藥箱結構如圖2所示。

圖1 除磷藥箱腐蝕穿孔

圖2 除磷藥箱結構圖

本文就除磷藥箱腐蝕穿孔原因進行了分析，對新建、在建核電廠除磷藥箱內壁涂層設計、施工給出了建議。

1 除磷藥箱腐蝕穿孔原因分析

除磷藥箱內壁腐蝕穿孔的原因在于兩個方面，第一方面是內壁防腐涂層發生了失效，涂層失去對藥箱基體的保護作用，第二方面是除磷藥箱內部介質對藥箱基體產生了腐蝕。

1.1 防腐涂層分析

在防腐設計中，防腐涂層的防腐效果和涂層的選用、設計厚度、工況均有很大關系。化學藥品儲罐內壁涂層如果設計不合理，很容易出現腐蝕穿孔[1]。除磷藥箱內部介質為聚合氯化鋁溶液，根據GB/T 30790-2014《色漆和清漆 防護涂料體系對鋼結構的防腐蝕保護》，除磷藥箱內部環境等級為Im2級，對腐蝕具有促進作用，如表1所示。

除磷藥箱所用的涂層為環氧煤瀝青漆涂料，屬于環氧類涂料，與GB/T 30790-2014中推薦的涂料類型一致。預期耐久性為中等（M），使用壽命為5～15年，除磷藥箱實際已經使用7年以上，達到或接近涂層使用壽命。

涂料在達到其使用壽命以后會出現開裂、鼓泡、破損、脫落等現象，失去對基體的保護作用，箱體內部介質直接與基體接觸，導致發生如下電化學反應：

陽極反應：Fe=Fe2++2e

陰極反應：O2+2H2O=4OH-

表1 GB/T 30790-2014中環境等級

1.2 介質分析

聚合氯化鋁（PAC）是20世紀60年代末發展起來的一種無機高分子混凝劑[2]，是目前應用最廣、銷售量最大的無機混凝劑和水處理劑。以PAC為代表的無機高分子混凝劑在價格上遠低于有機高分子絮凝劑，而且易存儲，制備條件也沒有有機高分子苛刻。與傳統的無機低分子鋁鹽相比，PAC由于含有更多的高電荷，因而具有更強的電中、能力和強烈的吸附能力，投加到水中后表現出優異的混凝效果。PAC具有對出水pH影響小、用量少、產生污泥少、除濁高等優點，目前中國約60%的水處理廠采用PAC進行混凝處理。

通過查閱相關資料可知，聚合氯化鋁溶于溶液后，基本呈中性，其對金屬基材的腐蝕主要基于提高了溶液中的離子濃度，增加了電導率。

1.3 工況及腐蝕機理分析

除磷藥箱的工藝為加入固態聚合氯化鋁攪拌溶解，內部介質為固液兩相，固相隨著攪拌裝置的轉動會對涂層產生磨損作用，從而加速涂層的老化，如圖3所示。

圖3 藥箱攪拌裝置

涂層出現破損以后，流動介質與基體直接接觸，會大大加速基體的腐蝕[3]。腐蝕過程一般是氧擴散控制體系，隨著攪拌的進行，會提高氧向材料表面的傳輸速度以及腐蝕產物向溶液本體的傳輸速度，從而加快腐蝕速率[4]。

除了因加速氧的傳輸而增大腐蝕速率的作用外，流體力學因素對流動腐蝕將同時產生嚴重的影響，尤其介質中含有固體相時，腐蝕速率將進一步提高[5]。流體的電化學因素和流體力學因素間交互作用會引起協同效應。腐蝕質量損失分為三個部分，強調協同效應的存在，即：

Wt =We +Wc +Wec

其中，Wt為總質量損失；We為純磨耗質量損失；Wc為純腐蝕質量損失；Wec為協同效應質量損失。

在除磷藥箱的攪拌過程中，含有固體顆粒，固體顆粒首先破壞表面涂層，然后對基體產生磨耗，通過電化學腐蝕與磨耗之間的協同效應加速箱體基體的腐蝕，最終導致腐蝕穿孔。

2 解決措施及建議

2.1 涂層設計選型

國內壓水堆核電站與液體介質接觸的設備設施和土建結構用涂層體系，要求應具有10年以上的使用壽命。

在滿足GB/T 30790-2014的要求的前提下，可選用更加耐磨的涂料，同時定期對箱體進行預防性檢查，發現問題及時進行修復處理。

2.2 襯里或高分子材料選型

根據其他核電廠的經驗反饋，除磷藥箱內部防腐措施可選用碳鋼塑料/橡膠襯里或者純聚乙烯（PE）材料。

塑料（含PE）或橡膠具有優良的耐酸堿鹽性質，聚合氯化鋁溶液不會和塑料或橡膠發生反應，不會破壞塑料或橡膠材料。

塑料或橡膠材料具有良好的耐磨性能，耐磨性能遠優于涂層。塑料或橡膠相對于涂層來說具有更好的彈性和柔韌性，不易受到固體顆粒的沖擊而破壞。

塑料或橡膠材料的厚度可達2～5mm，而涂層厚度一般不超過1mm，厚度也遠大于涂層，使用壽命較長。

3 結束語

污水處理系統作為核電廠的污水深化處理裝備，直接影響核電廠的環保指標，因此該系統設備的安全穩定性應得到重視，尤其化學介質相關設備的腐蝕設計、施工、防腐管理，避免因腐蝕原因導致的安全事件發生。