秦山核电海水系统防污漆的应用

江 锋 赵卫东 刘洪群

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

0 引言

秦山核电站位于钱塘江与长江入海交汇处的杭州湾北岸，投入运行的机组均采用海水作为最终冷源。

杭州湾海水不仅含沙、含盐量高，对设备冲刷、磨蚀作用严重，并且海水中还生长着大量的海洋生物，随同海水进入海水冷却设备，进而产生污损生物附着问题，严重时会导致设备停运。因此调查研究秦山核电所处海域生态特点及生物污损状况，研究、发展各种有效的防污技术手段，并在核电厂海水系统的实际运行中有效地采取合理的应对措施是非常必要的。

1 秦山核电所处海域生态特点

1.1 秦山核电所处海域的海水特点

秦山核电站邻近海域位于杭州湾北侧，杭州湾岸线曲折，由于湾面从宽到窄急行收缩，导致潮流作用强劲，潮汐现象明显，潮位变化较大，是我国著名的强潮河口湾，沉积环境不稳定，海水中夹杂大量泥沙。

温度和盐度是影响附着海生物水平分布的主要因素。海水温度受太阳辐射影响，具有明显的季节变化，以7月最高，1月为最低，污损生物种类同样随季节变化明显，夏季最多，秋季次之，冬春两季较少，这与海水温度密切相关。同时因受潮汐控制，海水盐度受径流，潮汐和湾外入侵海水影响，总体呈现低盐特点。

1.2 水域存在的污损生物

海洋污损生物又称海洋附着生物，是海洋环境中附着、栖息在船舶和各类海洋工程设施上，引起经济损失，造成生物危害的动物、植物和微生物的总称[1]{Lejars，2012 #1；Lejars，2012 #1}。薛俊增等对杭州湾入口处洋山港码头污损生物的群落结构及多样性进行了研究，文中阐明网纹藤壶、僧帽牡蛎及凸壳肌蛤，是构成附近海域附着生物的主要类群[2]。藤壶和牡蛎，也是我国最为常见的两类污损生物。

藤壶是各项海洋设施上最为常见的污损生物，分布十分广泛，藤壶对海水中盐度、温度适应能力极强，在不同的环境条件下，藤壶种类不同，杭州湾海域中网纹藤壶处于绝对优势地位。藤壶各季附着的强度总体来说不同，其附着的生物量呈现夏、秋季较高，冬季最低的趋势。藤壶在生长过程中会在附着基底表面分泌一种海水不能降解的粘合剂，并且阻止其他海生物幼虫的附着[3]，因此藤壶极易成为污损生物的优势种。

牡蛎俗称海蛎子、大蚝等，一般生活在潮间带和潮下带水深不超10m的范围内。牡蛎是抗逆性最强的水生动物之一，潮间带多变的环境练就了牡蛎对温度、盐度、露空和海区常见病原极强的抵抗能力，能够耐受夏天酷热干燥的天气，同时也能够成功适应冬天冰冻天气。

2 防污漆的分类特点

2.1 无锡自抛光防污涂料

以丙烯酸硅烷酯、丙烯酸铜及丙烯酸锌聚合物作为树脂基料的无锡自抛光防污涂料是目前应用最广泛的，主要防污机理是：通过丙烯酸聚合物在海水中的水解或离子交换来保证防污剂的平稳渗出，从而实现防污效果，其本质是一种离子交换型高分子材料。

尽管丙烯酸铜、硅或锌等无锡自抛光防污涂料通过与海水作用实现杀生剂的有效控释，可满足长效自抛光防污需求[4]，但是由于其需要海水冲刷的特性，主要应用于海上的移动设施，静止状态下的防污效果不佳，高抛光速率使涂料表面容易形成释出层，往往释出层厚度会随着抛光时间的延长而增厚，造成释出层孔隙路径增长，后期会影响杀生剂的有效渗出。因此该类型防污涂料实际应用有效的防污时间为3年，部分可达5年，但是无法达到有机锡防污涂料的高效防污效果[5,6]{Anon，1993 #14；Anon，1993 #14;Anon，1993 #14}。

2.2 低表面能防污涂料

低表面能防污涂料的防污原理是通过对涂膜原浆、施工工艺等进行特殊方式的改善或改变，改变漆膜表面性质，达到海洋生物难以在上面附着、生长的目的，即使附着也不牢固，在海水的流动或冲刷等外力作用下很容易脱落，不影响基材的使用及基材特性。

一般认为，涂层的表面能低于2.5×10-4N/m时，即涂料表面与液体的接触角大于98°时，涂料才具有较好的防污效果[7]，并且低表面能防污涂料主要是基于涂层低表面能的物理性能，污损生物难以附着，即使附着也不牢固，不存在毒性物质的释放损耗问题，从而达到防污效果。目前比较热门的低表面能材料主要有有机硅化合物类、有机氟化合物类及硅氟树脂三大类。

2.3 仿生防污涂料

仿生防污涂料概念源自人们对生物附着机理的认识，对海洋鲨鱼、鲸鱼、海豚等大型海洋动物的表皮状态进行模仿，研究出具有特殊表面性能的涂层。华盛顿大学的科学家开发了一种新型防污涂料，它模拟了海豚表皮的纤维结构[8]，该涂料由高度分支的含氟聚合物和线性聚氯乙烯这两种互不相溶的聚合物混合组成。从纳米角度看，固化后的表面粗糙度可以模拟出海豚沟槽式的表皮，从而防止污损生物的附着。

2.4 导电防污涂料

导电防污涂料就是在防污漆中加入石墨等导电材料，将导电涂层用作阳极，船壳钢板及其他与海水接触的部位用作阴极，并在漆膜表面施加微弱电流，使得海水电解形成次氯酸根离子，从而达到防污的目的。由于产生的离子浓度较低，不会对环境造成污染。

另外一种导电防污涂料就是在不通电流的情况下，以导电高分子材料为有效成分。目前，在防污应用领域中，研究最热门的导电高分子主要集中于结构型导电高分子材料[9]。

3 秦山核电实际应用情况分析

我国核电较发达国家起步较晚，21世纪随着我国工业的快速发展，核电进入规模化发展新阶段，但对于电厂的防污技术国内目前还相对欠缺。涂装防污涂料被认为是防止海洋污损最广泛、最经济有效的办法，目前我国使用的主流防污涂料是以氧化亚铜为核心的防污涂料[10]。为使海水系统各部件能按照设计要求服役，本工作结合秦山核电重水堆机组RSW吸入管和旋转滤网防污涂层体系实际运行中存在的问题针对性地提出解决方案。

3.1 RSW吸入管

重要厂用水RSW系统吸水管在核电站运行期间长期完全浸没在海水中，最终表面会形成大型污损生物层。2015年之前，RSW吸水管涂覆佐敦自抛光防污漆，检修期间发现管道表面防污漆存在大量海生物附着，主要为固着性藤壶，如图1（a）所示，说明防污漆已经逐渐失效。

2017年开始～2020年，RSW吸入管选用海虹老人环氧漆47188+海虹老人防污漆78950涂层配套体系，防污面漆防止海生物附着。2018年检修时，将2016年部分未涂装防污漆区域（蓝色区域）与已涂装海虹老人配套漆区域进行对比，如图1（b）所示，未涂装部分表面附着了大量微生物，几乎覆盖了整个表面，而已涂覆区域表面光洁，没有附着。2019年大修检查发现，吸水管表面因海水冲刷造成表面涂层磨损，表面防污漆层可见多处鼓泡，但未发现海生物附着现象，防污漆缺失区域也未见海生物，防污效果十分明显。如图1（c）、（d）所示。

3.2 旋转滤网框架

核电站旋转滤网是对海水最重要的过滤装置，旋转滤网一般安装在循环水入口处，可以连续、高效地拦截及去除海水中的污损生物及杂物，有效的保障循环水泵、热交换器、及其他关键设备。

尽管在循环水入口安装有板框式旋转滤网，但核电取水工程量大，海生物仍可进入设备，粘附在海水循环水过滤系统设备上。2017年之前，核电厂未采取涂装防污涂料的方案，污损生物大量附着在旋转滤网及框架上，典型形貌如图2（a）所示。

自2017年起，核电站采取在旋转滤网框架上涂装防污涂料的措施，缓解海生物附着沉降，涂层配套系统的底漆采用PPG高固态环氧漆850（Sigma Cover 850），链接漆为环氧漆555（Sigma Cover 555），面漆使用无锡自抛光防污漆290（Sigma Ecofleet 290），2019～2020年检查未发现旋转滤网框架上有海生物附着，表面较为光洁，如图2（b）、（c）所示，这是由于防污涂料通过不断释放毒素，使得海生物无法附着，防污效果明显。

4 结语

核电厂冷源安全外部风险多样，虽然采取了许多改进措施，但仍面临许多挑战，必须给与高度重视。目前秦山核电冷源系统的防污技术已经取得了较大的进步，但由于秦山核电海水系统冷却水取自杭州湾入海口，海水含沙量大，海水冲刷会引起管道和设备上已涂覆涂层破损及起泡，引起涂层的失效，所以秦山核电站海水系统的防污工作仍需进行改进和提升，从而有效的提升核电厂冷源安全，保证核电厂安全稳定运行，为我国核电安全提供保障。