秦山核电厂海水管道内壁阴极保护系统有效性评价

赵卫东，周 澄，刘洪群，吴昉赟，张 维

(1.中核核电运行管理公司，浙江 海盐 314300;2.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

秦山核电厂是我国自行设计建造的第一座30万kW核电厂，位于杭州湾北岸，它的发电厂用海水为冷却介质，海水的引水和排水管道是A3碳钢管。海水几乎含有地球上所有的元素，是一种成分很复杂的天然电解质，其较强的腐蚀性会对核电厂系统中的金属结构产生严重的腐蚀[1-2]。杭州湾海水水质属近岸海水，pH值为7.9～8.4，氯离子浓度平均为7000 ppm，电阻率约为80 Ω·cm，含砂量为3～4 kg/m3，悬砂粒径平均为0.02 mm。海水系统管道内海水的流速约为3.5 m/s[3]。

为了保证秦山核电厂海水的正常供应和排放，秦山核电厂设计有“厂区二回路海水管道内壁阴极保护系统”，对大口径海水管道(φ1420 mm×14 mm、φ1600 mm×14 mm、φ2600 mm×20 mm，直径×壁厚)采用水泥砂浆衬里和外加电流阴极保护的联合保护方法[4]，辅助阳极选择镀铂钛阳极，阴极保护电位范围为-0.80～-1.10 V(相对于Ag/AgCl参比电极)。为了检查海水管道内壁阴极保护系统的效果，上海冶金研究所在设计阴极保护方案时，在一条进水管上设置了17号检查井，在一条排水管上设置了18号检查井。检查井中悬挂有与管道连通的试片(通电状态)、与管道绝缘的试片(不通电状态)以及用来监测试片电位的Ag/AgCl参比电极。本文通过对悬挂2.4 a后取出的挂片试样的宏观腐蚀形貌和腐蚀速率的研究，比较了两种试片的腐蚀程度，对秦山核电厂海水管道内壁阴极保护系统的效果做出了评价。

1 试验

试片材质为A3钢，与管道材质相同，尺寸如图1所示。试片不做涂装处理，表面及侧面经1000号细砂纸打磨并用丙酮和酒精除油、清洗、干燥后，用精度为0.1 mg的分析天平称重，然后放置在两个检查井中，2.4 a后取出，去除试片表面的腐蚀产物后对其进行称重、宏观形貌观察以及腐蚀孔深度的测量，并对照表1中的标准对其耐蚀性进行评价。

图1 试片的外形尺寸(厚度：5 mm)Fig.1 External dimensions of the test piece(thickness:5 mm)

表1 金属耐蚀性十级标准[5]Table 1 Ten-level standards of metal corrosion resistance[5]

按公式(1)计算评价试片的孔蚀程度：

P=D/d

(1)

式中，P——孔蚀系数；

D——试片最大孔蚀深度，mm；

d——按均匀腐蚀计算的试片平均腐蚀深度，mm。

2 验证和评价

在17号检查井中挂设2.4 a后的不同状态下的A3钢试片的宏观腐蚀形貌如图2所示，可以看出：(a)试片在裸露+不通电状态下腐蚀严重，有一角已经被腐蚀掉，且表面有细斑；(b)试片在外加保护电流通电状态下的表面接近原始表面，没有发生明显腐蚀。

图2 17号检查井中不同状态下A3钢试片2.4 a后的表面宏观形貌(a)裸露+不通电；(b)裸露+通电Fig.2 The macro surface morphology of the A3 steel test piece under different conditions in the 17# inspection well after 2.4 years(a)Bare + poweroff；(b)Bare + power on

在18号检查井中挂设2.4 a后的不同状态下的A3钢试片的宏观腐蚀形貌如图3所示，可以看出，两种试片表面均有深浅不一的凹坑和细斑点，但裸露+不通电状态下的试片边缘有被腐蚀掉，情况较严重。

图3 18号检查井中不同状态下A3钢试片2.4 a后的表面宏观形貌(a)裸露+不通电；(b)裸露+通电Fig.3 The macro surface morphology of the A3 steel test piece under different conditions in the 18# inspection well after 2.4 years(a)Bare + poweroff;(b)Bare + power on

表2列出了裸露的A3钢试片悬挂2.4 a后的腐蚀数据，结合图4可以看出，试片的均匀腐蚀速率均达到均匀腐蚀评定十级标准的尚耐蚀级或尚耐蚀级以上，但存在一定孔蚀倾向。17号检查井被通电保护试片的均匀腐蚀速率很低，达到很耐蚀级，但18号检查井中的试片均匀腐蚀速率均只有尚耐蚀级，主要原因是该处没有达到保护电位。

图4 不同状态下A3钢试片海水腐蚀结果(a)腐蚀速率;(b)最大腐蚀深度Fig.4 Seawater corrosion results of the A3 steel test piece under different conditionsa)Corrosion rate;b)Maximum corrosion depth

表2 A3钢试片的腐蚀数据Table 2 Corrosion data of the A3 steel test piece

3 结论

1)海水对裸露没有被保护的A3钢有很强的腐蚀性，平均腐蚀速率可达0.35 mm/a，也有一定程度的孔蚀倾向；

2)秦山核电厂海水管道内壁阴极保护系统是有效的，通过外加电流的保护方法可极大地降低A3钢海水管道的均匀腐蚀速率，大大地延长海水管道的寿命。