核电站防腐涂料性能及其涂装研究

摘要：简要介绍了核电站防腐涂料对保护核电站的重要作用。讨论了核电站配套所需涂料的基本性能。针对核电系统防护所涉及的特殊污染介质和涂料性能测试的相关标准，阐述了核电涂料的施工要求。
　　
　　关键词：核电站防腐；核电涂料；LOCA试验；施工要点
　　
　　传统发电手段主要是火力发电，但是由此消耗大量煤和石油，不仅导致不可再生资源的严重消耗，而且在开采、生产中产生大量有毒有害、污染环境的物质。因此，全世界在开发清洁能源上很早就达成共识，在各个领域投入大量人力、财力，目前开发可替代能源的领域主要集中在核电、风电、光电。现今发展最迅速、市场效益最好的当属核电，对于优化能源结构，保护能源安全，积极应对气候变化和保护环境都具有重要意义。我国核电产业经过20多年的发展，目前形成了浙江秦山、广东大亚湾和江苏田湾3个核电基地，并在沿海和内地开始建设10个以上的核电项目。涂料广泛用于核电站核岛、常规岛的钢结构、混凝土、设备管道等部位，是核电站防腐的重要手段之一。根据核电站各个部位防腐要求的不同，尤其是核电站自身的特殊运行条件，核电站防护涂层可分为抗大气腐蚀涂层，以及抗液体、埋地环境涂层，因此可以结合核电站设备组成分别对不同功效的适用涂层进行分析。
　　
　　1核岛用防腐蚀涂料
　　
　　出于安全和设备运行需要的考虑，设计建造核电站一般位于远离人口稠密地区的江河、海边，因此外部一般设备、厂房等腐蚀环境基本属于腐蚀等级较高的临水（海水、淡水）条件，核电运行后，设备使用周期长，这些对核电及相关系统钢结构等的防风防腐防潮性能、安全可靠性、工作效率等提出了十分苛刻的要求。因此核电站必须采用特殊的重防腐涂料涂装，才能满足长期防腐。核电站由核岛（NI）、常规岛（CI）和辅助配套设施（BOP）组成，其中核岛是核电站安全壳内的核反应堆及有关系统的统称，功能类似于常规电站的“锅炉岛”，其特殊性主要体现在两个方面：一是利用核能生产蒸汽，二是针对放射性风险配置了特殊的安全设施。核岛主要包括核蒸汽供应系统、安全壳喷淋系统和辅助系统等。因此核岛内适用涂层必须具有一定的耐温性、抗辐照老化性。
　　
　　1.1LOCA试验
　　
　　核岛的环境特点是：正常条件下，核岛内空气中腐蚀性离子较少，温度保持恒定，涂层劣化的主要途径是人为损伤和辐照作用；异常条件下，如核岛内管道发生破裂，管道内充满的高温高压蒸汽瞬间能使核岛局部部位达到约300℃、16MPa。因此核岛防腐涂料应重点考虑核岛适用涂层满足异常条件下的使用要求。此外，根据ALARA原则（所有辐射剂量应保持在可合理达到的尽可能低水平），核岛适用涂层还应具备较低表面处理条件下的可维修性。“失水事故”是核电站最严重的事故类型之一，一旦发生将导致核岛内的核心设备处于最恶劣的工作环境下。核电站的核心设备必须有能力在“失水事故”发生的情况下，保持运转并处于受控状态。失水工况模拟试验（LOCA，lossofcoolantaccident）主要为了考察涂料的耐高温喷淋液体性能。在事故工况下，如果保护涂层脱落，可能堵塞流体管线、泵和回流喷水系统，妨碍喷淋，将对异常情况处理造成很大危害。
　　
　　1.2去污试验
　　
　　核电站燃料元件、堆内构件等在事故情况下，有时会发生泄漏而造成放射性物质对有关设备设施的污染。燃料元件在辐照后检验系统的设备污染也很严重，放射性尘埃、裂变气体在设备表面的吸附等，都会对现场工作造成放射性辐射。排除现场故障前，先要进行去污，使放射性剂量水平降低到一定的允许值。需要具有去污性的部位，如混凝土表面和混凝土槽内衬里，以及辐射区域内的钢结构表面，常用的涂料为胺固化高相对分子质量环氧涂料、无溶剂环氧涂料等。
　　
　　1.3辐射试验
　　
　　放射性辐射会加速涂层中高分子树脂或聚合物的老化开裂，过量的放射性辐射会引起聚合物中化学键的断裂降解。对于核电站用的涂料，根据法国标准NFT30-903规定，涂层的耐辐射性应该≥1.6×105Gy而没有损伤。上述试验保证了核岛防腐涂料在极端条件下达到使用要求。核电站常规岛涂层主要用于：设备外表面的抗大气腐蚀防护和去离子水贮存罐等的内部腐蚀防护。核电站辅助系统涂层主要包括：酸碱盐飞溅条件下的涂层、结露设备及钢结构表面的涂层、电器设备表面涂层、海洋大气和海水环境下的涂层等，一般主要是非控制区（没有放射性污染的区域）厂房内正常大气环境、腐蚀性环境的涂层系统。
　　
　　2核电站防腐用配套涂料的选择和施工要点
　　
　　2.1核电站配套涂料的选择
　　
　　商业运行的核电站机组一般均为大功率、连续运行，核电站涂料的施工时机一般选择机组换料大修期间。基于核电站运行的经济性和设备的可靠性，核电站必须选择已成熟应用的可靠涂料产品，并且至少能够满足所在设备一个或几个大修周期的防护要求。
　　
　　2.1.1核电站常规涂料
　　
　　核电站常规涂料用于包括核电站非辐射控制区内，除核安全设备内外表面涂层以外的全部设备及构筑物涂层，技术要求与其它工业领域同等环境条件下涂层技术指标基本一致。
　　
　　2.1.2核级涂料与核级专用涂料
　　
　　世界范围内主要有美国和法国两套体系：美国体系由NRC1.54+ASTM标准+执行程序组成；法国体系由RCCMF5300+NF标准+可执行文件组成。中国核级专用涂层标准以秦山一期、秦山二期涂层技术的成功应用为前提，提出核电专用涂层的EJ标准（核工业行业标准），见表1。

 

核级专用涂料，除了满足防腐性和美观装饰的要求外，还必须具备易于去除放射性沾污、耐辐射和在事故条件（LOCA）下保持稳定的特殊性能。这些特殊性能对于保障核电站安全，防止放射性污染，保证人员安全是非常重要的。RCCMF5300涂漆中规定，安全壳内涂层系统必须进行去污、辐照、LOCA3项核性能评定试验。核级专用涂层性能试验相关标准见表2，表内试验项目的中国EJ标准等同于NF（法国）和ASTM（美国）标准。

 

中远关西的核电防腐涂料产品，在原材料、生产工艺、质量控制、产品性能、施工性能方面都严格按照日本关西的涂料产品指标进行控制，研发人员经过大量实验对日本配方进行消化吸收，在核电涂料研发、改进的工作上进行了近百次实验。中远关西涂料专门为核电站的核控制区域设计的特殊防腐涂料品种RX系列产品，能满足严苛的防腐设计要求，适用__于特殊的施工环境，并且产品的性能通过了LOCA等实验检测。目前中远关西的核电涂料产品已经在业内取得了优异的业绩，在田湾、岭澳、福清等国内几大核电站的施工建设中大量采用。
　　
　　2.2核电站涂料的施工要点
　　
　　为了尽可能提高涂料的防护周期，除了采用优质可靠的核电专用涂料产品外，严格的施工控制手段和高标准的施工规格也是必须的。涂层防护的好坏与施工过程的质量控制密切相关，尤其对于核电体系所要达到的长期防腐要求而言，高标准的表面处理等级［一般要达到Sa2.5（近白级）］、严格的施工控制等条件，都是达到良好涂装品质的必要条件。如：涂装前表面处理，要求磨料干燥无油；涂装前的表面清洁度；两道漆涂装间隔；不同温度、湿度条件下的涂层养护时间等。表面处理质量包括3个方面，即钢板表面的可视清洁度（锈蚀、氧化皮等）、粗糙度和不可视清洁度（油脂、可溶性铁盐、氯化物、硫化物、灰尘等）。钢材表面可视清洁度的评定，可分为定量和定性两种方法。为了能正确、方便地评定钢材在除锈之后的表面处理质量，许多工业发达国家都先后制定了钢材除锈的质量等级标准，我国标准为GB8923—88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。在施工中严格遵照现场技术服务工程师，以及涂料商提供的产品说明书、施工指导书等进行施工也是保证涂料性能达到最大限度发挥的前提。在对混凝土表面涂装前处理中，也要遵守严格的处理程序和控制指标，如新水泥一般不宜立即涂装涂料，至少要经过28d的干燥养护后，使水分蒸发、盐分析出才能开始涂装。如需紧急施工，可采用15%~20%的硫酸锌溶液刷洗新水泥表面数次，待干燥后除去析出的粉质和浮粒；也可用5%~10%的盐酸溶液喷淋，再用清水洗涤干燥；还可用耐碱的底漆先进行表面封闭处理。经表面处理后的混凝土表面应无浮浆、脱模剂、油污，去除凸起物及打开所有表面的孔洞，用配套的环氧腻子修补表面存在的缺陷。注意不要使空气滞留在坑内，使表面平整。涂装施工前，用水把尘土冲净并完全干燥，在基底深度20mm的范围内，含水量≤6%，表面的pH值在6.8~8.0。
　　
　　3结语
　　
　　我国核工业正处于快速发展阶段，到2020年，我国将新开工建设30台约百万千瓦级核电机组，核电装机容量将从现在的870万kW增加到4000万kW。耐辐射性、抗污染性好的核电涂料将有广阔的发展空间，需进一步完善核电涂料指标，开发更环保、高效的符合世界领先技术的核电专用防腐涂料产品。尤其是我国核电技术进步较快，对于核电安全体系的要求也越发突出，必将加快催生涂料领域的变革和创新，这对核电防腐涂料则是新的机遇和挑战。