核电站鼓形滤网临时阴极保护措施的应用

韩留红 张周林 林泽泉

(1.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004；2.广西防城港核电有限公司，广西 防城港 538001)

核电站鼓形滤网临时阴极保护措施的应用

韩留红1 张周林2 林泽泉1

(1.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004；2.广西防城港核电有限公司，广西 防城港 538001)

本文主要阐述了核电站循环水过滤系统调试期间鼓形滤网腐蚀的机理，同时根据腐蚀机理提供了临时牺牲阳极阴极保护的方案。通过临时牺牲阳极的实施，有效防止鼓形滤网在循环水过滤系统调试期间的迅速腐蚀，起到临时防腐的作用。

循环水过滤系统 鼓形滤网 阴极保护 牺牲阳极 防腐

0 引言

核电站循环水过滤系统(CFI)的功能是将取自泵站前池的海水进行过滤，以保障所有进入核岛、常规岛及BOP岛冷却水水源均符合要求，保护系统设备不会发生堵塞和生物污损。而循环水过滤系统主要是由粗格栅、加氯框、细格栅、清污机和鼓形滤网等设备组成。其中，粗格栅、加氯框和细格栅的材质均为不锈钢，而鼓形滤网，其网片采用不锈钢，支撑滤网片的框架、辐条、带动鼓网转动的齿轮圈固定槽为碳钢结构，结合表面涂层进行防腐，但由于安装期间碰撞、摩擦等导致部分涂层破损，再加上海水的复杂工况环境，在含有高浓度的氯离子等侵蚀性阴离子环境中，极易使鼓形滤网发生局部腐蚀，具体表现形态有点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀等。其中点腐蚀因为隐蔽性大、破坏性大、极易造成设备的腐蚀穿孔而导致突发性事故的发生，引发一连串核安全事故。为了保证核电站的循环水过滤系统有效使用寿命，节省维修和管理费用，对循环水过滤系统一般实施涂层与外加电流阴极保护联合保护措施。但是在阴极保护系统调试期间使用临时电源，会出现间歇性停电，此时循环水过滤系统中鼓形滤网内部已经通入海水，阴极保护系统的停电加上涂层本身存在的一些缺陷，将会使鼓形滤网发生严重腐蚀。根据相关标准及设备设计允许的腐蚀余量，阴极保护系统年累计停电时间不应大于72小时，故在机组整个调试阶段，需要对核电站循环水过滤系统鼓形滤网进行腐蚀防护。本文详细介绍了临时牺牲阳极阴极保护措施，并对其腐蚀防护效果进行检测评估。

1 腐蚀分析

核电站循环水过滤系统中鼓形滤网在正式商运前，阴极保护系统存在断电风险，此时鼓形滤网其本身存在的某些缺陷及安装过程中的碰撞摩擦导致的损坏，在含有多种盐类的电解质溶液中特别氯离子的作用下将导致腐蚀的发生。其腐蚀主要为局部腐蚀，表现形式如下：

(1)点蚀：它是指腐蚀集中于金属表面的很小范围内，并深入到金属内部的腐蚀形态。其产生过程是由于海水中含有大量的氯离子，由于离子半径小，穿透能力强，即金属对其阻滞作用比较小，使之很容易到达金属表面，并优先吸附，破坏金属表面的氧化物，将氧原子挤掉，然后形成可溶性氯化物，氯化物水解使周围溶液pH值下降，变成酸性溶液，进一步加剧氧化物的溶解，为了平衡溶液中的氢离子，不断从外部补充进来氯离子，平衡腐蚀坑中的电中性，新进来的氯离子会继续水解，如此恶性循环，使腐蚀继续向纵深方向发展，引起点蚀形貌。图1为鼓形滤网不锈钢网片的腐蚀情况。

图1 鼓形滤网不锈钢网片的腐蚀

(2)缝隙腐蚀：指的是一些金属构件通过螺钉、铆、焊等方式连接时，在这些连接件或焊接接头缺陷处将出现狭窄的缝隙，其缝宽(一般在0.025～0.1 mm)时，足以使电解质溶液进入，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，并且在缝内发生强烈的腐蚀，这种局部腐蚀就被称为缝隙腐蚀，其形成条件包括：a)连接的缺陷部位产生缝隙，缝隙宽度需要在0.025～0.1 mm之间；b)有腐蚀介质滞留在缝隙中。循环水系统中其鼓形滤网不锈钢网片采用螺栓与支架进行连接，中间齿轮处通过焊接连接，此些部位均易发生缝隙腐蚀。

(3)电偶腐蚀：是指两种不同金属于溶液中直接接触，因其电极电位不同构成腐蚀电池，致使电极电位较负的金属发生溶解腐蚀，其形成的条件为：a)两种不同金属于溶液中直接接触；b)两种金属有电极电位差；c)两种不同金属有电偶间的空间布置。而循环水过滤系统鼓形滤网结构由不锈钢和碳钢组成，其中碳钢面积相比较不锈钢面积要小许多，并且碳钢有涂层进行保护，当涂层破损后，形成小阳极大阴极的不利局面，导致破损部位自身腐蚀和电偶腐蚀的急剧发生，其中碳钢做阳极，加速腐蚀，而不锈钢作为阴极得到保护。故为了防止电偶腐蚀发生，针对碳钢材质的鼓网轴承等支撑物不仅要用涂料进行保护，还需要阴极保护，二者巧妙结合、联合进行腐蚀防护。

2 临时阴极保护的设计与实施

为满足调试期间的腐蚀防护，建议采用结构简单、拆卸方便的临时牺牲阳极进行阴极保护，其设计过程一般包括：a)保护面积计算；b)保护电流密度选取；c)保护电流计算；d)牺牲阳极选型及保护时间内总重量计算；e)阳极布置设计；f)保护检测评估。

现针对循环水过滤系统鼓形滤网临时牺牲阳极阴极保护方案简述如下：

(1)确定需要保护的金属构筑物，分别统计计算鼓形滤网的不锈钢面积和碳钢面积。

(2)确定保护电流密度。在确定保护电流密度时，要充分考虑不锈钢和碳钢二者的区别、表面涂层状况、海水流速及水质状况，针对不同状况选择不同的保护电流密度，此参数在阴极保护设计中具有重要的作用，将直接影响到阴极保护效果。从临时牺牲阳极来说，保护电流密度过小将导致阴极保护效果不好，过高则将增加牺牲阳极数量，导致投入成本增加。目前在核电站一般不锈钢(无涂层)保护电流密度取150～200mA/m2，而碳钢部分(有涂层)电流密度取20～50 mA/m2[1]。

(3)保护电流计算。依据(1)公式计算出鼓形滤网所需的保护电流。

式中：I — 所需保护电流，A

S — 被保护物件的浸水面积，m2

I — 保护电流密度，mA/m2

(4)牺牲阳极选型与重量计算。由于鼓形滤网在调试期间，经常发生断电状况，此时外加阴极保护系统将无法起到防腐作用，故需要增加临时牺牲阳极进行弥补此空挡缺陷。针对鼓形滤网临时牺牲阳极阴极保护选用铝-锌-铟-镁-钛高效铝合金牺牲阳极，尺寸大小为51.4 mm×1000mm，使用寿命1年左右。

(5)阳极布置设计。该牺牲阳极包括芯钢棒、铝合金牺牲阳极本体、电缆；电缆需要焊接在芯钢棒的某一端头处并做好相应的密封处理，同时芯钢棒侧面两端均焊有焊接片，不锈钢膨胀螺栓通过此焊接片将牺牲阳极固定在鼓形滤网腔室的侧墙上，安装时每侧只需安装6只牺牲阳极，对称分布，电缆通过IP67接线箱、防水电缆接头汇流到鼓形滤网主轴上，形成闭环回路。

(6)保护检测评估。为了检测阴极保护效果，不需要额外安装高纯锌参比电极，可以直接借用外加电流阴极保护系统中参比电极进行检测评估。

3 保护效果评估

(1)保护电位是阴极保护系统中最重要的一个控制参数，用于衡量阴极保护的效果。在临时牺牲阳极阴极保护投运前，首先用便携式高纯锌参比电极和高内阻万用表测量被保护金属构筑物的自然腐蚀电位。测量需要在海水处于低潮时，在鼓网左右主轴平台处进行，测量时用数字万用表直流mV(或2V左右量程)电压档，黑表笔接参比电极电缆，红表笔接鼓网主轴(需去掉漆皮)，鼓网左侧和右侧分别选择五个检测点，每个检测点按照离水面0m、-1m、-2 m、-3m测试数据并记录。待牺牲阳极临时阴极保护运行24h后，再按照上述方法进行保护电位测量并记录。以某核电厂鼓形滤网左右侧为例,采用便携式高纯锌参比电极进行测量记录，自然电位测量值见表1，保护电位测量值见表2。

(2)从表1自然电位测量值和表2保护电位测量值可以看出，鼓形滤网金属构筑物的自然腐蚀电位较不均匀，临时阴极保护牺牲阳极投运后，阴极保护电位趋于均匀，处于500～600mV之间，且相比自然腐蚀电位，其阴极极化值大于100mV。根据阴极保护工程手册[2]，对于有涂层的钢结构，阴极极化电位达到100mV以上可以起到良好的阴极保护效果。

表1 自然电位测量值(相对于高纯参比电极) 单位：mV

表2 保护电位测量值(相对于高纯锌参比电极)单位：mV

4 结论

循环水过滤系统鼓形滤网在调试期间，外加电流阴极保护系统会因为间歇性停电而无法达到完善的腐蚀防护效果。临时牺牲阳极阴极保护在循环水过滤系统调试期间的应用，可有效解决了鼓形滤网在调试期间腐蚀的难题，确保鼓形滤网的安全和设计使用寿命。

[1] 国家能源局, NB/T 25008-2011 核电厂海水冷却系统腐蚀控制与电解海水防污[S]. 2011.

[2] 胡士信. 阴极保护工程手册[M]. 北京: 化学工业出版社,1999: 58.

The Application of Temporary Cathodic Protection for Drum Strainer in Nuclear Power Plant

HAN Liu-hong1, ZHANG Zhou-lin2, LIN Ze-quan1
(1. Suzhou Nuclear Power Research Institute Co., Ltd, Suzhou 215004, China；2. Guangxi Fangchenggang Nuclear Power Co., Ltd, Fangchenggang 538001, China)

The corrosion mechanism of drum strainer during the debugging period of condenser cooling water filter system is described. Furthermore, the scheme of temporary sacrificial anode cathodic protection is designed base on the corrosion mechanism. According to the application of temporary sacrificial anode, the rapid corrosion of drum strainer is prevented effectively.

condenser cooling water filter system; drum strainer; cathodic protection; sacrificial anode; anticorrosion

TG174.41

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.11.042.03

韩留红 (1983－) ，男，河南项城人，工程师，本科，主要研究方向为金属腐蚀与防护。