某核电站凝汽器CPS阴极保护系统的恢复与改造

王 磊 刘 爽 韩留红 张 磊 蒋双优

(1.辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连 116319；2.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

某核电站凝汽器CPS阴极保护系统的恢复与改造

王 磊1 刘 爽2 韩留红2 张 磊2 蒋双优1

(1.辽宁红沿河核电有限公司，辽宁 大连 116319；2.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

某核电站的凝汽器水室由多种金属材料组成，在海水作用下会产生严重的电偶腐蚀。为避免铝青铜管板腐蚀，对凝汽器的阴极保护系统进行恢复与改造，改造结果十分理想。

核电站 凝汽器 阴极保护

0 前言

图1 凝汽器管板腐蚀

某核电站有两个90万千瓦机组，每个机组有三台凝汽器，每台凝汽器有两个进口和两个出口水室。凝汽器由钛管、铜管板、钢水室组成。所用冷却水为海水。由于该凝汽器采用不同金属材料制造，因而，在海水的作用下会产生严重的电偶腐蚀，明显加速钢水室和铜管板的腐蚀，如图1所示。为了避免和减轻钢水室和避免铝青铜管板的腐蚀，延长其有效使用寿命，节省维修和管理费用，对凝汽器水室进行衬胶与阴极保护。

凝汽器CPS阴极保护系统是专门为该核电站凝汽器设计的自动控制的外加电流阴极保护系统。旨在保护其海水侧的铝青铜管板，防止由钛管引起的铝青铜管板的电偶腐蚀和其自身的电化学腐蚀，同时与衬胶联合作用有效地减轻钢水室的腐蚀。

由于凝汽器钢水室主要通过衬胶防止腐蚀，阴极保护系统不以其作为主要保护对象，主要对铝青铜管板起保护作用。

2000年1月，该核电站的凝汽器水室加装了CPS阴极保护系统，解决了管板的腐蚀问题，2005年又对碳钢水室实施衬胶改造，通过以上两次改造，凝汽器的腐蚀问题应该得到完全解决。但由于英国的CPS直流电源采用了非工控机控制，经常过热故障停机，使得CPS处于瘫痪状态，目前管板的腐蚀难以抑制并有加剧的趋势。因此必需对CPS系统进行恢复与改造。

1 改造内容

改造后，凝汽器CPS外加电流阴极保护系统主要包括直流电源、阳极、参比电极和电缆。为了实现精确控制电位，每个水室采用一套独立的外加电流阴极保护系统。一个机组三台凝汽器共有12个水室，需采用12套外加电流阴极保护系统。作为阴极保护电源装置的恒电位仪，向被保护结构提供阴极保护直流电流，可自动(恒电位)或手动(恒电流)投入，具体如图2所示。随着水温、流速变化、运行时间的延长、衬胶破损和老化，这些都会导致输出电流的变化，自动(恒电位)运行可自动调整输出电流。

图2 改造后恒电位仪机柜

2 改造过程

2.1 改造前检查

凝汽器CPS阴极保护系统改造之前，主要对原有的阴极保护硬件设备进行了检查，为改造做好准备工作，同时需检测水室改造前的自腐蚀电位，以对比改造后的效果。

硬件检查主要包括辅助阳极、银/氯化银参比电极状况、电缆连接状况及辅助阳极和参比电极的对地绝缘效果。该检查须在大修水室无水，人孔门打开状况下检测。在D113、D114、D214几次大修中，已对一、二号机水室的辅助阳极、参比电极目视状况、安装紧固状况、电连接性、对地绝缘性做了检查，均达到改造条件要求。

本次改造前重点对各水室的自腐蚀电位进行了检测，一、二号结果相似，检测结果如表1、表2所示。

表1 一号机凝汽器入水口自腐蚀电位值(电位：mV)

表2 一号机凝汽器出水口自腐蚀电位值(电位：mV)

一号机入口水室改造前自腐蚀电位比出口水室要负，主要是入口水室下部的碎石过滤器装有牺牲阳极，在机组长时间运行下，该处的牺牲阳极会减缓入口水室管板腐蚀，使水室的电位向负向偏移。所有水室的参比三电位相对较正，参比一与参比二相似，此由参比电极和辅助阳极的安装位置不同导致。参比一和参比二位置对称，分布在水室下部，参比三在水室顶部，故而一、二号参比电位相近。三号参比较正则是因为离水室下部的牺牲阳极较远，受到牺牲阳极的保护有限。

一号机出口水室改造前无牺牲阳极影响，其腐蚀必然相对入口水室严重。出口水室的三号参比和一、二号参比在初始时电位相近，也主要是整个水室在无牺牲阳极影响条件下，各部位状态较为均匀，腐蚀恶劣程度也几乎一致。

二号机与一号机的情况基本一致。

2.2 改造前腐蚀的状况

腐蚀金属电极的一般速度方程为公式(1)：

简化为公式(2)：

式中：

Ig—电偶电流密度；

IL—氧的极限扩散电流密度；

Eg—电偶电位；

Ea—阳极自然腐蚀电位，海水中铜管板取-260mV；

βα—阳极塔菲尔常数，海水中铜管板取100mV。

腐蚀速率计算公式(3)：

式中：

v—腐蚀速度，且当E=-400mV时，V0=1mm/a；

M—金属原子量；

Ig—电偶腐蚀电流；

n—反应电子；

F—法拉第常数。

结合以上两个公式推算得知公式(4)：

按改造前的自腐蚀电位计算一号机理论腐蚀速率如表3所示。

表3 改造前理论腐蚀速率(单位:mm/a)

2.3 极化过程

在完成快速初始极化后，所有水室的负向偏移均达到了200mV以上，有效抑制了镍铝青铜管板的腐蚀。以一号机入口A1水室和出口A1水室为例，极化曲线如图3、图4所示。

在完成初始计划后，入口水室与出口水室一、二号参比相对三号参比的电位变化差异较大。该差异与辅助阳极和参比电极的位置也有很大关系。凝汽器入口水室有3只阳极，沿水室中心线均匀布置，每个水室的辅助阳极并接在恒电位仪的输出端，阳极的输出电流大小基本一致，故3只参比的电位变化也几乎一致。出口水室有5只阳极，其中水室下部两侧各1只，水室中心线布置3只，即有3只辅助阳极靠近参比一和参比二。而参比三由于在水室顶部，只有水室中心线最上面的1只阳极对其影响较大。进而导致参比一、参比二电位的负向偏移较大，参比三的负向偏移较小。

不难发现，出口水室的总体电位负向偏移要大于入口水室，在300mV左右，这与出口水室改造前腐蚀较为严重有一定的关系，在相同输出电流的情况下，其腐蚀被抑制的效果必然更为明显。

图3 一号机入口A1水室调试电位

3 改造后状态

一号机入口水室由于受碎石过滤器牺牲阳极影响，其初始电位较负，腐蚀情况相对出口水室较弱。且一号机采用HWP-30/12-6型恒电位仪，其最大输出电流可达30A，在完成初始极化后，一号机入口水室的电位基本达到了标准范围。故一号机水室在调试结束后即投入自动(恒电位)运行，预置电位设定为-630mV。7d运行参比电位如表4所示。

图4 一号机出口A1水室调试电位

表4 一号机入口水室7d运行电位(单位：mV)

由7d参比电位可知，恒电位仪自动模式对电位控制较稳定，偏差在±20mV以内，达到了设计要求。

一号机出口水室初始电位较正，腐蚀情况相对入口水室恶劣一些，但最终也达到了保护效果。一号机出口水室7d的运行参数如表5所示。

表5 一号机出口水室7d运行电位(单位:mV)

二号机情况与一号机情况基本一致。

4 结束语

按改造后第7d运行的参比电位计算理论腐蚀速率如表6所示。

如图5所示，采用外加电流阴极保护方法，即对镍铝青铜管板施加阴极电流，使其电位负移至下方稳定区，则可抑制该腐蚀体系的继续发展，消除了凝汽器管板穿孔损毁的风险。改造后的腐蚀速率降到了原来的20%左右。

表6 改造后理论腐蚀速率(单位：mm/a)

图5 Cu-H2O系电位-pH图

综上所述，凝汽器CPS阴极保护系统有效抑制了管板的腐蚀，达到了保护凝汽器镍铝青铜管板的效果。

[1] 范永春. 海水冷却系统的防污防腐[J]. 热力发电, 2007,(3).

[2] 曲政, 庞其伟等. 滨海电厂凝汽器及相连管道的腐蚀与防护[J].腐蚀与防护, 2005,26,(2).

[3] 曹楚南. 腐蚀电化学原理[M].化学工业出版社, 2008.

[4] 高颖, 邬冰. 电化学原理[M].化学工业出版社, 2004.

The Restoration and Alteration of Condenser Cathodic Protection System in Nuclear Power Station

WANG Lei1, LIU Shuang2, HAN Liu-hong2, ZHANG Lei2, JIANG Shuang-you1
(1.LiaoNing HongYanHe Nuclear Power Co., Ltd, Dalian 116319; 2.SuZhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004)

The condenser in Nuclear Power Station consists of various metals. It occurs severe galvanic corrosion in seawater. To prevent corrosion of aluminum bronze tube sheet, the condenser cathodic protection system has been restored and altered. The result was ideal.

nuclear power station; condenser; cathodic protection

TG174.41

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.11.073.04

王磊 (1980－) ，男，江苏泗洪人，工程师，主要从事核电站设备防腐及老化管理。