某核电CFI循环水过滤系统粗格栅海生物污损分析及解决措施

田 冰

(中核检修有限公司福清分公司，福建 福清 350300)

0 前 言

CFI系统粗格栅安装在核电厂的泵房入口处，每列分别向1台机组的CRF(循环水)系统提供50%的循环水量。作为第一层过滤网，CFI系统粗格栅主要用于拦截较大的污物进入系统，为防止海生物在粗格栅本体及系统设备内聚集繁殖，电厂主要通过电解海水制氯系统向海水中加次氯酸钠溶液，同时在粗格栅本体涂装水解型无锡自抛光防污漆，通过油漆与次氯酸钠共同作用杀死海生物，并抑制水中海生物的繁殖，如果防污损措施失效将影响进水及过滤效果，导致后续水泵和传热设备无法正常运行，严重时造成停堆停机风险。本工作对粗格栅海生物污损发生的原因进行分析，提出了防止粗格栅海生物污损的方案。

某核电机组年度停堆检修时发现，CFI系统粗格栅海生物附着较多(见图1、图2)，严重影响进水；铲除海生物检查时发现主梁及格栅条涂层大面积鼓泡(见图3)，部分横梁涂层大面积脱落(见图4)，牺牲阳极损耗达到20%，涂层保护功能基本失效，已无法保护设备基体，需整体打磨重新涂装。因此需要找其污损原因并给出对应的处理措施。

1 粗格栅本体及运行工况分析

粗格栅本体采用的是耐点蚀及晶间腐蚀较强的316L奥氏体不锈钢，格栅框架的设计尺寸为4.0 m×7.1 m，辐条间距200 mm；设计水流速度为0.61 m/s；主要采用牺牲阳极与涂层方式共同防腐[1]，同时通过无锡自抛光防污漆的水解以及电解海水制氯系统向海水中加次氯酸钠溶液共同抑制海生物的生长及附着，加氯管采用UPVC管制作，附设在粗格栅框架上，通过加氯管上均匀分布的小孔，向海水加注次氯酸钠溶液，具体设计参见图5。

运行时粗格栅常年浸泡于海水中，直接接触海生物。挂板实验检测发现，该海域11月-3月试板基本无海生物污损，4月起试板开始有藤壶附着，6月开始试板被全部覆盖，污损海生物主要包括翡翠贻贝、白脊藤壶等，海生物覆盖面积情况参见图6及表1。

表1 海水挂板试验年板海生物种类及参数

粗格栅的维修检查只能随机组停机一同进行，维修周期较长，一般在12～18个月，在此期间的安全运行完全依靠电解海水制氯系统及涂层系统进行保证，人工无法进行实时监控；检修期间需用吊具从水中吊起粗格栅后检查粗格栅腐蚀及污损情况，并重新喷砂涂装，因工期紧张，除涂装外无法进行其他维修项目，因此对涂层系统要求较高；若粗格栅涂层失效严重，牺牲阳极消耗速度过快，将导致粗格栅本体腐蚀，影响其结构性能及过滤效果，维修将造成机组大修工期的延误；而海生物的严重污损将影响海水进水效率，造成板式热交换器、凝汽器等设备冷却速度下降，导致机组降功率运行或失去冷源而停机停堆。

2 粗格栅污损原因分析

2.1 海洋污损生物聚集原因分析

粗格栅在海水环境下防止海生物污损主要是通过NaClO溶液杀生以及水解型丙烯酸硅树脂为基料的无锡自抛光防污漆分解两方面共同实现的。

NaClO作为一种氧化性杀菌药剂，虽可有效控制海生物的生长，并对海藻及牡蛎等海生物效果较好，但由于NaClO具有较大的刺激性，贝类、藤壶类可自我保护的海生物在接触NaClO后会主动关闭外壳，因此需要投放较大的药剂，并需要足够的接触时间。同时NaClO稳定性差，分解速度快，加之电解系统相对复杂，一旦系统故障停运，加药将终止，这会严重影响杀生效果。而长时间低浓度使用NaClO更易让海生物产生抗药性[2]，导致NaClO无法全面杀死海生物。

核电站为配合NaClO杀生功能,在粗格栅本体涂装水解型丙烯酸硅树脂为基料的无锡自抛光防污漆(3层涂层共同组成的涂层系统见表2)来防止海生物污损设备，该涂料漆膜表面聚合物通过肽键束缚在功能基团上，当聚合物侵入海水后，成膜树脂以恒定速度水解导致脂健断裂而剥落，同时释放氧化亚铜等杀生质剂，肽键断裂后又在原基层形成新的功能基团，通过持续不断水解暴露出新鲜表面，达到自抛光作用防止海生物吸附；但涂料的水解速度取决于海水的盐度、温度以及水流速度，水解太快将导致无法达到保护期限，水解速度慢将无法提供足够的生物杀伤剂释放进行除污，同时该涂料主要用于船舶领域，适用于长期高速行使的船舶表面、海水的冲刷及剪切可加速海生物的剥落，而超过14 d的低流速海域停靠会导致防污膜的抛光率降低，粗格栅常年浸泡在低流速近海区域，设计水流速度仅为0.61 m/s，导致该涂料失效。

表2 粗格栅涂层体系

2.2 涂层破损原因

涂层出现脱落、气泡等情况，主要是由于涂层防污以及NaClO无法及时去除海生物导致海生物长期附着后，浮游生物的孢子和贝壳类幼虫分泌出一种酸性黏结型物质，使防污漆表面结构产生缺陷，引起面漆成分破坏[3]，海水沿中间漆及底漆的孔隙结构渗透到基层发生电化学腐蚀，因粗格栅采用牺牲阳极进行保护，造成牺牲阳极块一定损耗，而随着腐蚀产物的增加，内部压力的增大造成涂层鼓泡，严重区域造成涂层脱落，涂层破损后又加快了海生物污损的速度，影响塑格栅进水速率。

3 解决措施

(1)改造加药装置，保证加药系统稳定运行 通过技术改造，在循环水处理系统增加一套外购加药装置，采用外购的成品次氯酸钠(10%质量浓度)，然后使用原系统海水泵进行稀释，同时加药泵的设计考虑冗余功能，单台加药泵能够同时向2台机组添加次氯酸钠，避免因制氯系统的维修原因造成加药停止。

(2)采用新型涂层系统 PPG公司2014年推出了一款无毒料纯有机硅不黏型防污漆，该油漆采用100%分子水平硅氧烷树脂，表面具有极低表面张力和摩擦系数，以至于海洋生物感知不到其是可以附着的表面，无法进行附着。该涂料采用动态自释型的表面再生技术，利用水作催化剂，使涂层不断恢复到初始的表面能状态，因此克服了低表面能防污涂料随着时间推移受紫外线、太阳光及污染物的作用而劣化失效的缺点[4]。与无锡自抛光油漆对比，该涂层实现了低表面能涂料的技术突破，防海生物污损不受海水流动速度影响，较适合粗格栅运行工况。但该涂层表面能过低，对施工要求较高，在施工中需对中间漆进行充分打磨，否则将严重影响除污效果，具体涂层体系见表3。

表3 有机硅防污漆涂层体系

4 措施验证

经过对制氯系统改造以及更换粗格栅涂层系统，在运行18个月后，再次检查发现涂层表面完好，除少量泥土外，无海生物附着，牺牲阳极基本无损耗；通过运行18个月后的涂层厚度检查记录(见图7)发现，涂层厚度均在475 μm以上，表明无毒料纯有机硅不黏型防污漆18个月内损耗最高损耗80 μm左右，平均每月最高损耗4.5 μm，在不考虑其它因素影响的情况下，厚度在180 μm的防污面漆最高可使用40个月。

5 结 语

粗格栅作为海水进入核电厂电站系统的第一道防线，海生物的大量聚集将严重影响机组正常运行，通过分析及验证发现通过技术改造，在原有电解海水系统外增加一套外购加药装置，同时喷涂有机硅不粘型防污漆，可以有效防止粗格栅海生物污损，从源头上控制海生物进入冷却系统；同时相比每年进行喷砂防腐，新方案的防污措施可满足40个月的系统运行，比原方案使用寿命提高3倍以上，可为核电厂换料大修节约较大的工期成本，具有较高的应用和推广价值。