AP1000核电站施工期间防护涂层失效的原因及对策

李炳颖*，林金平，朱瑞峰

（国核工程有限公司，上海 200233）

AP1000核电站施工期间防护涂层失效的原因及对策

李炳颖*，林金平，朱瑞峰

（国核工程有限公司，上海 200233）

基于山东海阳核电项目，对AP1000核电站独特的模块化建造施工工艺带来的防护涂层破坏问题进行了分析：“开顶法”施工使涂层遭受光照和雨水侵蚀，潮湿的环境有利于霉菌生长并加速对涂层的浸蚀，运输、组装、吊装、焊接等施工过程造成涂层损伤，涂层体系选择不当，等等。提出了相应的解决措施：合理安排施工进度，加盖临时覆盖物，加强排水通风，将用于混凝土墙面的内墙涂料Dry Fall改为耐辐射、防潮防污、耐老化性能好的Macropoxy646涂料，采用“无机富锌 + 环氧面漆”复合涂层体系代替环氧单层漆用于结构模块和钢结构件等。

核电站；模块化施工；防腐；涂层；失效

First-author's address： State Nuclear Power Engineering Company， Shanghai 200233， China

AP1000核电机组作为当今世界上最先进、最安全的第三代核电技术，目前正在浙江三门和山东海阳如火如荼地开展。其创新性的模块化建造方式，创造了土建与安装平行施工的先例，减少了计划主线上的实体工作量，大大缩短整个核电建造工期［1］。但这一建造模式也带来了一些负面作用，模块化建造必须采用“开顶法”施工：厂房需要所有的土建施工和模块设备安装完成之后才能进行封顶，致使防护涂层长期处于异于核电站建设完毕后的外界环境中，再加上土建与安装并行的交叉施工模式，最终导致防护涂层出现大面积的污染、变色、霉斑、鼓泡、脱落等质量问题，需要多次返工返修，造成工程进度延长和费用增加。

本文结合AP1000核电站的施工特点，研究了防护涂层的产品性能，分析了涂层破坏的原因，为有效缓解防护涂层在施工期间失效的问题，提出有针对性的改进措施，为AP1000核电站及其后续国产化项目提供借鉴。

1　AP1000核电模块化建造对防护涂层的影响

传统的核电建设模式一般是先土建后安装，即先将土建厂房建设起来，再将设备通过龙门吊、设备闸门等运入厂房内。而AP1000核电机组采用模块化建造，现场土建与安装并行，主体结构和部件在工厂模块化预制和拼装，平行于核岛现场主体工程建设，从而大大减少计划主线上的实体工作量，起到优化施工工艺、合理压缩工期的目的。但这一建设模式的开顶法施工、模块化预制、运输吊装及交叉施工等直接影响到防护涂层的使用寿命。

1. 1 “开顶法”施工导致雨水侵蚀和潮湿环境问题

与模块化建造相辅相成的是开顶法施工，它使大型模块和构件提前进入，再进行厂房封顶。这种建设虽然可以有效减少现场绝对工期，但也带来一个实际问题：厂房在封顶或房间封闭之前就要移交供模块设备安装就位的空间。房间移交时，要先完成墙面和地面的油漆涂层，但在厂房上部还未封顶时，排水系统并未发挥作用，雨季雨水可自然下流至标高的较低位置。而雨水流过后，会给墙面涂层尤其是水性油漆带来破坏性的影响。而标高位置较低的房间虽然未直接受到雨水侵蚀，但长时间的水气下沉、房间封闭且通风不畅，使空气湿度增大。在夏季施工时，昼夜冷热交替会在墙壁和地面上形成结露。防护涂层长期处于这种潮湿的环境下，逐渐被侵蚀而发生鼓泡，甚至有脱落现象。同时，这种潮湿的环境也给霉菌提供了有利的生长条件［2］，如各种灰尘、工人汗迹以及水性涂料环境，给无处不在的微生物提供了丰富的营养物质，在经历夏天适宜的生长温度后，微生物便开始生长繁殖，最终在涂层表面形成霉斑。

1. 2模块化预制导致的光照辐射影响

钢结构和模块一般在车间进行防护涂层施工，特别是结构模块干面（碳钢 A36），需要在现场进行拼装，其顺序为：车间制作─涂漆─现场组装─吊装就位─设备、大宗物项安装─封顶。

在拼装、运输、吊装、一直到厂房封顶之前，内部模块和钢结构防护涂层会长时间暴露在露天环境中，受阳光照射，而光照辐射是导致涂层破坏的一个重要因素。原因是涂料中的高聚物经光照引起高分子结构发生物理化学变化，宏观表现为涂层表面失光、变色、粉化、变脆、开裂等。实际上，在涂层没有发生开裂、粉化前，其抗渗性能已经下降，并丧失了保护性能［3］。与此同时，涂层经光照辐射，其吸水率明显增加，吸入的水将引起涂层表面出现起泡、剥离现象，加速氧和电解质的扩散，从而加速涂层下金属的腐蚀，导致涂层失效［4］。

1. 3运输吊装及交叉施工的影响

AP1000核电机组的许多构件或设施在涂层施工完毕后，会在相当长的时间里经历各种施工条件和施工环境，涂层不可避免地遭受破坏。以CA01结构模块为例，在第一罐混凝土浇注（FCD）之前，CA01子模块便开始在工厂预制并进行涂装施工，然后运抵拼装场地进行现场组装。组装过程中，子模块会经受多次吊装、焊接热应力和焊渣迸溅等因素的影响；组装完成后，CA01再进行整体运输吊装就位。CA01从安装就位到CV顶封顶，历时近3 a的时间，除了一直暴露于大气环境中，还要经历反应堆厂房内部107’平台、118’钢结构和135’平台这三大平台以及反应堆压力容器（RV）、蒸发器、主管道等设备的安装等各种工况的交叉施工影响，如果缺乏必要的保护措施，防护涂层将遭到破坏。

1. 4涂层产品性能对防护涂层的影响

现场调查分析发现，施工期间防护涂层破坏最为严重的分别为混凝土面上的水溶性 Dry Fall涂料（Waterborne Acrylic Dry Fall）和钢表面上单涂层自打底高固态环氧漆（Caboline890N），而与这两种油漆处于类似环境的溶剂型油漆（Macropoxy646）和“无机富锌 + 环氧面漆”复合系统却未出现明显的质量问题。可见，涂层系统自身的性能也是导致施工期间出现防护涂层质量问题的一个重要因素。

1. 4. 1混凝土面DRYFALL水性涂料与Macropoxy646溶剂型涂料应用对比

根据设计，岛外非辐射控制区室内墙裙以上部位要求使用 Dry Fall涂料，是山东海阳项目选用宣伟（SHERWIN WILLIAMS）公司生产的白色内墙专用涂料；墙裙部位面漆要求自打底高固态环氧漆（SPHSE），选用的是宣伟“Macropoxy646 Fast Cure Epoxy”环氧涂料。这两种涂料在性能上有很大差异：Dry Fall是一种水性丙烯酸快干型内墙涂料，仅适用于室内环境，最低施工温度为10 °C，涂层附着力只有408 psi（1 psi = 0.006 895 MPa）；Macropoxy646为聚酰胺型环氧涂料，属于溶剂型环氧涂料，较Dry Fall油漆有更好的耐盐雾、耐辐射、防潮防污和耐老化性能，1.7 °C时即可施工，涂层附着力可达1 037 psi。

海阳项目中辅助厂房的多数房间内墙均选用Dry Fall内墙专用涂料，对于先完成结构封顶再进行油漆施工的程序，涂层质量无问题。但在AP1000“模块化”施工中，这些墙面涂层均长时间暴露于外界环境中，尽管施工过程采取了相应的防护措施，但现场情况复杂，工作面大，并受模块、设备及管线安装的影响，致使墙面涂层防护难度加大，给涂层造成的破坏更为严重。

将这两种涂料使用于同一区域，经过现场比对，在经历同样的雨水侵蚀和潮湿环境后，其破坏形态有较大差异：Dry Fall油漆发生鼓泡、霉变等质量问题，而Macropoxy646油漆仅因表面污染出现轻微变色，未造成较大面积破坏，擦拭处理后，仍能较好地恢复到原来的颜色。

1. 4. 2自打底高固态环氧单涂层漆与“无机富锌 + 环氧面漆”复合涂层体系对比

自打底高固态环氧涂层漆为典型的有机涂层，大量应用于结构模块、钢结构构件上。其在施工过程中常常出现失光、褪色、泛黄、鼓泡、剥落、开裂甚至脱落等现象。而采用“无机富锌 + 环氧面漆”复合系统的CV安全壳内壁107’ ～ 142’、CA20等模块则未见上述现象。原因之一是无机富锌涂层作为自底漆高固态环氧涂层的底漆，其只有在环氧涂层失效后才受影响；另一个原因则是无机锌涂层对各种失效因素具有较强的抵抗力［5］。

2　AP1000核电站施工期间防护涂层的防护与改进

AP1000核电站施工期间发生防护涂层质量问题，主要是由以上多种因素造成的。针对这些影响因素，可以考虑采取如下防护措施来缓解或避免防护涂层在施工期间被破坏。

2. 1有效降低自然因素对涂层的影响

2. 1. 1合理安排施工进度

设计、施工中，综合考虑各专业施工进度，尽可能平行施工，减少间歇期，使得施工环节紧凑，有效减少模块或钢结构露天放置的时间。例如，模块在预定房间就位后，该房间上部的楼板就要及时施工到位；在绑扎完钢筋，放置好预埋件，并完成接地线铺设后，要及时浇筑混凝土，以减少局部腐蚀的发生［6］。

2. 1. 2合理加盖临时覆盖物

当房间内设备安装的施工物项较多，同时房间封闭前需要经历较长的施工时间时，可采取增设临时覆盖物（如三防布）的方式来保护房间内墙面涂料及模块、设备涂层。例如，对于反应堆厂房内部，从CA01就位到CV顶封头安装，要经历两年多的工期，在此期间，CV内部已经安装了大量的模块、设备。为了让提前安装到位的这些构件不遭受阳光曝晒和雨水的侵蚀，在不影响施工的前提下，采取加设临时顶盖的方式，将内部结构与自然环境隔离。目前，这种方式已在三门1、2号和海阳2号核岛中使用。

2. 1. 3做好排水通风措施

海阳地处烟台地区，最大降雨量达313 mm/13 h，即24 mm/h，大暴雨级的降水量为70 ～ 140 mm/12 h，即5.8 ～ 11.6 mm/h，所以在AP1000核电站房封顶前，雨水会直接进入厂房内部。因此，所有设备均需采取防雨措施，同时采取将雨水集中引导收集，使其汇集于临时积水点，然后通过水泵将积水集中排走的措施［7］。

在降低厂房湿度方面，可采取在封闭房间内增加除湿机的方法；在半封闭房间采取增设通风装置，增加空气流通，带走湿气的方法。

2. 2优化设计，改进涂层工艺

2. 2. 1选择适宜产品

涂料选择应依据现场地理位置、气候条件、施工逻辑等情况，全方位多角度考虑，在满足化学成分、最小干膜密度、热传导率、防火性能、盐雾耐蚀性、耐γ辐照试验和模拟设计基准事故（DBA）试验等要求之外，尽可能选择耐候性好的产品。在容易受到雨水或潮湿环境侵蚀的部位，应选择固化快、涂层结构致密、耐水性好的涂料。在AP1000国产化后续项目中，可以考虑将混凝土墙面上的“Dry Fall”水性涂料改为“Macropoxy646”或与其性能相近的溶剂型涂料。长时间暴露在外界环境中，应选用耐老化的涂层系统，如在结构模块金属表面采用“无机富锌 + 环氧面漆”复合涂层体系。

2. 2. 2涂层工艺改进

根据AP1000核电依托项目的建设经验，现场油漆体系在最后移交前，基本都要重新涂刷，有些位置甚至需要多次涂刷。为避免面漆在运输、存放以及施工过程中发生再次破坏，可考虑在现场涂刷最后一道面漆的办法。目前，在后续国产化AP1000项目中的钢制安全壳（CV）和结构模块（CA）涂层已经开始考虑改进施工工艺。

2. 2. 2. 1钢制安全壳（CV）油漆涂装

AP1000钢制安全壳油漆选用的是无机富锌底漆 + 环氧面漆的涂层体系，后续国产化 AP1000项目，可考虑增加临时防锈漆，并将最后一道环氧面漆在最后阶段涂装，各阶段施工工艺流程如下：

（1） 车间制造阶段：钢制安全壳制造─喷砂除锈、涂装临时防锈漆。

（2） 现场组装区域阶段：组装、焊接、热处理─焊缝无损检测─喷砂除去临时防锈漆─涂装无机富锌底漆，修补预留焊接接口及热影响区的临时防锈漆。

（3） 核岛区域阶段：运输、吊装─依次就位（环焊缝对接焊、无损检测）─焊接及热影响区底漆涂装，其他区域底漆修补─涂装环氧面漆。

此方案增加了临时防锈漆，在现场组装区域涂装无机富锌底漆，并保持环氧面漆在最后阶段涂装，可以满足防护要求，保证永久油漆的施工质量，并消除最终外观色差问题。

2. 2. 2. 2结构模块（CA）油漆涂装

结构模块涂层选用的是自打底高固态环氧单层漆，后续国产化AP1000项目选用的油漆产品允许复涂，因此可分为两道涂装。第1道涂装在车间完成，涂装膜厚80 ～ 150 μm；第2道在安装现场完成，涂膜厚60 ～ 100 μm。最终保证70 ～ 200 μm的漆膜厚度。

该漆在车间完成第 1道涂装后，漆膜的常规性能应符合要求。由于核电站安装现场环境恶劣，工件露天放置时间较长，还有其他不确定的因素都对第1道漆膜产生较大的影响；因此，在现场进行第2道涂装时，必须对第 1道漆膜进行去油，清除盐分和其他杂质，然后除去损坏的涂层，打磨除去粉化的漆膜，对坚固涂层表面打磨拉毛、清除灰尘后，再涂装第2道环氧面漆。若第1道漆膜有较大局部缺陷，如开裂或脱落等，应进行局部喷砂，重新涂装高固态环氧涂料。

上述防护涂层改进方案在一定程度上可以避免施工期间因涂层失效对CA模块的影响，以确保防护涂层的最终质量。但长期放置在室外环境，受到光照等影响导致的油漆变色问题仍无法避免。

2. 2. 3控制涂层施工质量

保证施工质量是避免防护涂层失效的关键因素之一，对涂装前、涂装中和涂装后控制环节应严格把关。涂装前，应确保将要进行施工的涂料符合设计要求，做好涂料的进场验收，杜绝不合格涂层产品流入施工阶段，并制定好严格的施工程序，在涂层施工前做好表面清理工作；涂装中，要严格遵照涂层厂商的说明书进行施工，控制好单道涂层厚度及施工温度；涂装后，要做好涂层的养护工作，养护工作完成之前严禁执行后续操作。

3　结语

模块化建造技术有着其他常规核电站建造方法不可比拟的工期优势，是AP1000核电站的重要特点，需要进一步巩固和发展。但这种土建与安装并行的模块化建造模式，会导致已施工完成的防护涂层长期暴露在阴暗潮湿或日晒雨淋的复杂施工环境中，成为致使涂层出现严重破坏的主要因素。为减小这一建造模式对防护涂层造成的负面影响，可以采取多方面措施，改进施工环境，优化施工逻辑，选择合适的油漆体系并控制好施工过程等方法，来达到保护防护涂层，减少返修、返工，最终降低工程造价的目的。

［1］ 方小鹏， 沈文荣， 孙克彬， 等. AP1000核电项目模块化施工建造管理研究［C］ // 中国核科学技术进展报告──中国核学会2009年学术年会论文集（第1卷）.北京： 中国核工业集团公司， 2009.

［2］ 胡梅， 杨光雄， 顾肇杰， 等. 防霉防护技术在水性涂料中的应用［C］ // 第九届全国防霉防菌技术研讨及产品交流会论文集. 北京： 中化化工科学技术研究总院， 2011.

［3］ 韩文礼， 徐忠苹， 王雪莹， 等. 紫外线对有机涂层的破坏机理及应对措施［J］. 石油工程建设， 2007， 33 （2）： 18-20.

［4］ 高瑾， 米琪. 防腐蚀涂料与涂装［M］. 北京： 中国石化出版社， 2007.

［5］ 刘新. 海上风电场的防腐涂装［J］. 材料保护， 2011， 44 （增刊）： 20-23.

［6］ 魏小宝， 张琰. AP1000施工现场典型腐蚀问题探讨与预防［J］. 全面腐蚀控制， 2014， 28 （1）： 44-48.

［7］ 丁维民， 何志伟. AP1000核电建设成品保护管理［J］. 核安全， 2013， 12 （2）： 36-38.

［ 编辑：韦凤仙 ］

Cause and countermeasure of protective coating failure for AP1000 nuclear power station during construction

// LI Bing-ying*， LIN Jin-ping， ZHU Rui-feng

Based on the Shandong Haiyang Nuclear Power Plant project， the problem of protection coating failure during the special modularization construction of AP1000 nuclear power plant was analyzed as follows： open-top construction leads to coating suffering of sun light irradiation and rain water erosion； wet environment benefits the mildew growth and accelerates coating erosion； coating is easily damaged during transportation， assembly， lifting， setting， soldering， and other construction procedures； and improper coating system is selected. Some countermeasures were presented： reasonably arrange construction schedule； add temporary covering； enhance water discharge and airing； replace the Dry Fall interior wall coating for concrete wall by Macropoxy646 coating which has good resistance to irradiation， moisture， fouling， and aging； and use a composite coating system composed of inorganic zinc-rich primer plus epoxy topcoat in place of the monolayer epoxy paint for structural modules and steel structure parts.

nuclear power station； modularization construction； corrosion protection； coating； failure

TQ639

A

1004 - 227X （2015） 06 - 0331 - 04

2014-11-06

2014-12-03

李炳颖（1983-），男，山东成武人，硕士研究生，工程师，主要从事AP1000核电站设计管理。

作者联系方式：（E-mail） libingying@snpec.com.cn。