核電廠發電機空冷器腐蝕原因及防腐改造措施

吳昉赟 徐興旺 周 澄 劉洪群

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

0 概述

某核電廠空冷器蓋板及設備基體為碳鋼材質，傳熱管板材質為鈦，蓋板內防腐層為重防腐涂料，密封面使用耐酸堿橡膠皮5mm（墊片自制）。

腐蝕檢查發現：發電機空冷器海水進出口蓋板密封面邊緣一圈存在不同程度的腐蝕，個別空冷器中間隔板腐蝕嚴重，腐蝕凹坑最深可達1cm，最嚴重區域已將進出口水室連通。局部區域金屬基體有缺肉現象，防腐涂層基本完好。折回水室蓋板密封面邊緣一圈也存在腐蝕，防腐涂層基本完好。典型腐蝕特征如圖1、圖2所示。

本文將對其腐蝕機理進行分析，并提出行之有效的防腐改造措施。

1 腐蝕原因分析

1.1 腐蝕機理

初步分析腐蝕機理有兩點：（1）縫隙腐蝕+海水沖蝕；（2）電偶腐蝕。

圖1 空冷卻腐蝕情況

圖3 縫隙、電偶腐蝕示意圖

1.1.1 縫隙腐蝕+海水沖蝕

縫隙腐蝕是指在腐蝕介質中的金屬表面上，在縫隙和其他隱蔽的區域內發生的局部腐蝕。

蓋板內部使用的防腐方式為重防腐涂料，涂層在邊緣棱角區域無法做到良好的附著，且中間隔板的頂部區域未做防腐，在回裝時密封面處僅用耐酸堿橡膠皮擠壓，無法做到防腐保護。密封面與重防腐涂料之間一定會留有微小的縫隙，這是無法避免的一個共性問題，海水會先進入縫隙產生縫隙腐蝕，縫隙一旦繼續擴大，海水將對其進行沖蝕。而此時小部分的金屬相當于直接裸露在海水中，形成了局部“大陰極小陽極”的結構，縫隙處裸露金屬為陽極，進一步加快腐蝕速率，如圖3所示。

1.1.2 電偶腐蝕

由于腐蝕電位不同，異種金屬彼此接觸或通過其他導體連通，造成異種金屬接觸部位的局部腐蝕，就是電偶腐蝕。

通過對現場設備結構的調研，蓋板與傳熱管（現在：鈦管；改造前：銅管）通過安裝螺栓（如耐酸堿橡膠皮失效），形成了電連接結構。鈦管電位較正+0.15V為陰極，蓋板經材質檢測為碳鋼（Mn：0.45%，Fe：99.55%），碳鋼電位較負-0.40V為陽極[1]，其腐蝕電位差達到0.55V，形成了電偶腐蝕，且腐蝕電位差較大，腐蝕速率較快。

改造前，傳熱管設計為銅管（電位-0.08V），相對于鈦管來說與蓋板間的電位差較小，腐蝕速率相對較慢。所以如今的鈦管設計，加劇了電偶腐蝕的發展。

1.2 防腐設計不合理

造成腐蝕發生（包括縫隙腐蝕、沖刷腐蝕、電偶腐蝕）的根本原因在于該空冷器的防腐設計不合理。主要體現為：

（1）密封面屬于剪切邊緣，只在其垂直邊緣地方有涂層保護，而防腐涂層的連續性和延展性較差，在運行期間容易產生縫隙和漏點。故對其防腐處理應符合P3標準，即邊緣應進行圓滑處理，半徑不小于2mm[2]；

（2）殼體（包括蓋板）和管板電連接，沒有做好絕緣，涂層又不能完全電絕緣。另外，部分中間隔板缺少密封墊片，使得蓋板與鈦管直接電連接，導致了電偶腐蝕。同時海水直接接觸密封面更會造成嚴重的縫隙腐蝕以及沖蝕。

2 解決措施及建議

針對蓋板所發生的腐蝕機理，可由兩方面對其腐蝕發生進行預防或減緩。

2.1 使用橡膠襯里防腐技術

將原有的涂層設計改為橡膠襯里，在密封面處實現整體的包邊結構，避免了縫隙腐蝕的風險。

相關規定：橡膠襯里層一般為1～2層。每層厚度為2～3mm，總厚度為2～6mm。介質含有固體懸浮物，需考慮耐磨損時，應采用一層硬橡膠板作底層，一層軟橡膠板作面層[3]。

以國內外大多數核電廠凝汽器水室所采用的橡膠襯里為例：凝汽器水室采用“硬膠+軟膠”2層的防腐方案。其中，硬膠是以天然橡膠（NR）為基礎的，襯里完成后經在硫化罐處理而得到的硬質橡膠襯里。硬膠具有優良的化學穩定性、抗滲透性和良好的機械性能。軟膠是以氯丁橡膠（CR）為基礎的，襯里完成后經在硫化罐或熱蒸汽硫化處理而得到的軟質橡膠襯里。軟膠具有優良的化學穩定性、抗滲透性、和良好的機械性能且耐海水優良。

2.2 保持電絕緣連接

電絕緣連接是指用各種惰性材料（包括密封材料）制成墊片、套管，插入法蘭連接中，使兩法蘭陰極和陽極之間的電子導電通路斷開，從而防止電偶腐蝕發生。

在安裝時法蘭間使用絕緣墊片的同時，還可在緊固螺栓和法蘭孔之間安裝隔離絕緣套筒（套筒壁厚一般為1～1.5mm），就是將原法蘭緊固螺栓改為小規格的高強度螺栓，螺栓尺寸的縮小保證了絕緣套筒的安裝，在保證螺栓各項性能達標同時，也可控制和防止電偶腐蝕的發生[4]。

3 結論

可使用橡膠襯里防腐方案，在防腐階段要特別注意密封面表面處理，在安裝時增加絕緣墊片和螺栓套筒。可同時避免縫隙腐蝕和電偶腐蝕的發生。