电厂辅助冷却水系统板换出口管道腐蚀穿孔原因分析

□卢裕夫 胡永强 刘 聪 吴多荣

辅助冷却水系统(以下简称“SEN”)的功能是通过过滤和清除海水中的杂物、悬浮物和贝类等，为常规岛闭式冷却水系统(以下简称“SRI”)提供冷却水。某核电厂一台机组的SEN系统主要由3台海水升压泵及前后进出口管道、2台电动滤水器及前后进出口管道、水-水热交换器进出口管道、阀门组成。自102大修以来，该核电厂1号机组SEN系统管道已出现多处腐蚀漏点，漏点主要位置分布在SRI/SEN板换海水侧出口管道及仪表接管处，堵漏压力大，运行风险高，若SEN无法给SRI提供冷源，就有可能出现停机的风险。

一、腐蚀特征

管道解体后，工作人员对管道进行腐蚀检查。检查结果表明，管道整体涂层良好，未出现大面积鼓泡、涂层脱落等现象。但局部出现涂层破损、管道基体锈蚀的情况。腐蚀缺陷部位主要集中在板换出口靠近法兰面和焊缝处，严重处可见明显的腐蚀穿孔现象。

二、因素分析

(一)SEN系统现有的状态。

1.SEN系统运行工况。该电厂地处热带，常年高温，海水盐度高。所有设备的最终冷源为海水，通过循环水系统二条进水母管(A列、B列)，经海水升压泵升压后，送入电动滤水器中，通过板式水-水热交换器带走常规岛闭式冷却水系统排出的热量，并将热量通过循环水系统排到海水中。板换出口管道设计压力约为0.6MPa，海水温度接近40℃，流速约为0.572m/s～0.649m/s，因此，海水对碳钢、低合金钢的腐蚀性较强。

2.SEN系统管道材料。该电厂SEN管道采用10CrMoAl材料，10CrMoAl是一种较耐海水腐蚀的专用钢材。根据其化学成分，10CrMoAl材料的耐腐蚀机理是通过材料中的Al，能与空气中的氧化学反应生成三氧化二铝Al2O3，从而形成保护膜；材料中的Cr、Mo元素在海水中能自动补充氯离子对钢材点腐蚀形成的空隙，形成致密保护层，阻止点蚀纵深发展，进而起到耐腐蚀作用，延长材料的使用寿命。但在实际现场应用中，10CrMoAl材料也受到海水侵蚀。主要原因是由于其相比其他电厂，该核电厂所处的环境海水盐度高、温度高，腐蚀环境更加恶劣。

3.SEN系统涂层防护。原设计SEN系统DN600以下管道内壁无防腐涂层或其他防腐措施，在102大修期间，对板换出口管道进行整体喷砂防腐处理，除锈等级为Sa3，涂层配套体系为：陶瓷修补剂(Devcon11700)+陶瓷防护剂(Devcon11760)，设计总膜厚为600μm。陶瓷修补剂是一种高性能、可涂抹、以陶瓷粉末作为填充材料的环氧修补剂，具有优良的耐流体冲蚀、气蚀、化学腐蚀及磨损的性能。103大修检查发现，直管段涂层整体情况良好，没有出现涂层大面积鼓泡或破损的现象。

4.SEN系统阴极保护。该系统DN600以上管道内部都有布置牺牲阳极块，大修期间对母管进行腐蚀检查，发现管道仅出现局部的涂层鼓泡，牺牲阳极块消耗正常，并没有出现管道基体锈蚀的情况。而板换出口管道(DN600以下管道)没有设置牺牲阳极块和外加电流保护，腐蚀检查发现直管段涂层完好，并没有出现涂层大面积鼓泡或破损的现象。然在靠近焊缝、变径处则出现涂层脱落、出现大面积的腐蚀坑，甚至穿孔的现象，这表明涂层和阴极保护，均没有很好地起到防护的作用。

(二)SEN系统管道腐蚀原因分析。

1.冲刷腐蚀。海水冲刷腐蚀就是金属表面与海水相对运动时引起的冲刷，海水中含有悬浮的固体颗粒或气泡，会加速管道内表面的破坏。1SEN管道额定流量为3,880m3/h，最大流量为4,400m3/h，换算可得海水流速介于0.572m/s～0.649m/s之间，在该流速范围内，SEN腐蚀电位已达最高。且当流体横截面积未达最大时，尤其变径、弯头或阀门下游管道等水力发生变化的部位，流速将更快，从而破坏金属表面的涂层完整性，导致涂层防护性失效。

2.材料组织性能的影响。对于管道的弯头及变径处，位置在焊缝上或者距离焊缝较近处于焊接热影响区，这部分区域在焊接过程中受到电弧热的作用，该区域受高温作用，可能会出现一些晶粒粗大、材料成分偏析、组织分布不均匀的现象。从而使母材10CrMoAl的组织和性能在一定程度上发生变化，材料的塑性和冲击韧性下降，耐腐蚀性能下降。这也是弯头及变径处管道腐蚀穿孔的一个重要原因。

3.电偶腐蚀。变径处的管道和板换加热器通过法兰进行连接，管道的材质为10CrMoAl低合金钢，板换的材质为钛，管道内部的运行介质为海水，海水是导电性很强的电解质，钛板的自腐蚀电位约为0.15V[3]，低合金钢的自腐蚀电位约为-0.4V。两者的电位差约为0.55V，在海水介质中形成一个闭合的回路，且钛板的面积远大于碳钢管，从而产生大阴极、小阳极的电偶腐蚀现象。碳钢作为阳极失去电子，被不断氧化溶解产生腐蚀。腐蚀的结果为抗腐蚀性强的材料受到保护，抗腐蚀性差的材料加速腐蚀。

综合以上分析结果可知，由于海水冲刷破坏了涂层完整性，加之焊缝热影响区本身的影响，导致电偶腐蚀的发生，从而引起管道腐蚀穿孔。

三、腐蚀管道的防护措施

(一)纠正性防腐措施。针对以上腐蚀原因，可采取以下纠正性防腐措施。

1.将腐蚀穿孔的管道进行全面解体，进行喷砂处理，喷砂等级达到Sa3，对穿孔外表面使用钢板进行贴焊，内部打磨处理后进行堆焊。然后使用耐蚀性更好的陶瓷修补剂(Devcon11700)+陶瓷防护剂(Devcon11760)+954油漆进行防腐处理，设计总膜厚为600μm。加强施工过程的质量控制，特别是涂层验收记录应保存归档，确保质量控制的溯源性。

2.管道回装时做好电绝缘[1]。不同金属之间的连接要在法兰面增加绝缘垫片，螺栓增加绝缘套管以切断腐蚀电流通路，绝缘隔离可以减缓腐蚀。因管道内输送的是水介质，为保证绝缘效果，因在绝缘法兰两侧涂刷定厚度的涂料使其绝缘。

(二)长期防护措施。

1.通过技改在该处管道增加阴极保护。阴极保护分为牺牲阳极保护和外加电流保护，两种方法各有利弊：增加牺牲阳极块具有不需要外部电源、无须经常维护、安装方便、成本低等优点，但其保护范围有限，故需合理布置牺牲阳极块的位置。外加电流保护效果虽然较好，但存在长期维护、增加运行成本等缺点。因此，具体选取何种防护措施，还需根据现场实际情况选用。

2.使用耐蚀性更好的材料，如双相不锈钢。

四、结论及建议

(一)结论。辅助冷却水系统板换出口管道焊缝处腐蚀穿孔的主要原因可能是冲刷腐蚀破损了涂层的完整性，加之穿孔区域为焊缝及热影响区，组织性能不稳定，从而导致碳钢管道和钛板在海水介质中形成了大阴极、小阳极的电偶腐蚀，最终引起管道的腐蚀穿孔。

(二)建议。针对管道的腐蚀失效形式，建议对腐蚀穿孔的进行外部贴焊和内部堆焊加使用耐蚀性更好的陶瓷涂料进行防腐；对所有的管道进行解体进行喷砂防腐处理，在实施过程做好质量控制；合理、正确的应用阴极保护可以有效降低腐蚀穿孔的可能；使用更高等级的耐蚀性材料如双相不锈钢。