我国核电站工程建设阶段的腐蚀管理建议

邓干合 肖调兵 张永良 许 超

（1.国核示范电站有限责任公司，山东 荣成 264312；2.中核武汉核电运行技术股份有限公司，湖北 武汉 430074）

0 引言

核能作为清洁能源，是实现我国“碳达峰、碳中和”战略目标的重要选择，同时核能也为我国经济的快速发展作出了巨大贡献。而核能的安全发展离不开核电设备材料性能的有效性。目前，我国核电系统设备主要由金属材料组成，部分设备部件还选取非金属材料，如凝结水精处理酸碱储罐内表面内衬衬胶进行防护，以防止金属材料发生腐蚀。在机组服役后，核电厂通常依据预防性防腐大纲及电厂相应的信息管理系统，定期开展核电厂系统设备的腐蚀检查及维修处理，以保证机组设备的正常运行[1]。但现有经验表明，机组运行后的部分材料老化腐蚀情况，通常由于核电工程建设阶段腐蚀管理不当或不足所致，而这又会成为运行机组的安全隐患，影响机组的安全稳定运行[2]。如某核电高压加热器及除氧器工程阶段涂层脱落，导致其金属基材发生锈蚀，如图1所示。因此，有必要开展我国核电工程建设阶段的腐蚀管理，以保证机组运行后的系统设备安全稳定运行。

图1 某核电建设期间高压加热器（左）及除氧器（右）涂层脱落后腐蚀形貌

1 国内外工程防腐管理现状

国外相关机构对于腐蚀管理研究起步较早，并先后提出了系统化的腐蚀管理建议。其中2009年国际原子能发布的“核电厂老化管理核安全导则”（NS-G-2.12）给出了腐蚀管理和控制的相关原则，涉及设计、建造、调试等核电建设阶段[3]。英国则提出在腐蚀管理方面，应改进材料设计，对材料耐蚀性进行预判等，而2013年美国腐蚀工程协会根据调查结果，首次提出腐蚀管理体系，并给出了腐蚀管理的相关原则及方法[4]。

我国自上个世纪80年代建设中国第一座核电站-秦山核电站开始，一直将核电站的工程防腐管理作为建设期间的一项重要工作进行开展。为有效开展系统设备的防腐管理，我国学者及工程管理人员开展了不同程度的技术探索。乔培鹏、洪锦从、王柱等通过总结，创新性地提出核电站工程建设阶段防腐蚀管理体系，该体系涵盖了核电站建设阶段的设计、制造、建造、安装及调试等阶段的防腐蚀管理[5]。骆云龙、王生辉、李克等针对重要厂用水系统（以下简称SEC）腐蚀类型多的特点，提出了SEC系统全寿期腐蚀管理的策略，其中针对工程阶段SEC系统防腐，提出了从设计、制造、安装、调试与试运行等阶段入手，分段化管理的策略[6]。张兴田根据设备材料典型腐蚀损伤案例，基于设备可靠性理论，对核电厂设备防腐蚀技术提出了改进性意见[7]。为进一步规范我国核电厂全生命周期的腐蚀管理，2019年11月发布了《核电厂腐蚀控制工程全生命周期-通用要求》（GB/T37184-2018），标准规定了核电厂建设阶段设计、制造、施工与安装、调试等过程的大致内容，可作为工程建设过程核电厂的腐蚀工作的参考，但标准未给出核电建设期间各阶段的具体要求，且未缺少建设期间重要的移交接产、设备保养及监督工作、经验反馈等重要工作。赵世成、王凯佩、杨静远等指出经验反馈对于核电厂的设计、建设、施工等阶段的作用巨大[8]。为更好的开展我国工程设施腐蚀管理，中科院海洋研究所及青岛海洋科学与技术试点国家实验室相关学者研究指出我国腐蚀管理存在防腐意识不足、腐蚀管理人才缺乏、缺乏腐蚀监测系统、定期检测及有效的腐蚀管理与分析等诸多问题，并提出应建腐蚀失效案例数据库，使用先进防腐蚀技术等措施[4]。

在核电工程建设阶段的防腐措施上，我国相关学者也提出了相关建议。孙全兴、赵万祥等针对除氧器安装与调试阶段的特点，提出了针对不同情况采取充水加药（氨+联氨）及排空使用水溶性防锈油、充氮气及干燥空气的方法，对除氧器开展有效保养，防止除氧器腐蚀[9]。付国庆、林斌等提出在滨海选址的核电厂，可考虑在工程建设阶段使用缓蚀剂[10]。

通过国内外核电站工程防腐管理及研究的现状可知，国内外均对腐蚀管理保持较大关注，而我国在核电工程建设阶段腐蚀管理已有较清晰的认识，开展了一定程度的腐蚀管理及针对性措施，取得了相应的效果。但总体而言我国核电工程建设阶段的腐蚀管理存在以下不足：

（1）工程建设阶段腐蚀管理体系尚不完善，一定程度上限制了进一步提升核电厂系统设备在工程建设阶段的腐蚀管理水平；

（2）建设阶段定量化腐蚀分类管理思路还未形成，而采取定性化腐蚀分类管理，对人员的要求较高，存在腐蚀分类不合理的情况；

（3）防腐管理人员是核电厂建设期间系统设备腐蚀管理有效性的保证，而目前腐蚀管理体系统虽对专业技术人员培养强调其了其重要性，但如何开展腐蚀知识体系培训及考核不明确。

2 工程阶段的腐蚀管理思路

2.1 总体技术路线

图2为核电站工程建设阶段的腐蚀管理总体技术路线。其中核电站腐蚀管理的核心是建立适用于核电站建设期间的工程防腐大纲和满足工程阶段腐蚀管理执行的防腐人才团队，重点是在工程防腐大纲指导下，开展设计审查、建造质量管控、设备部件及防护、状态监检测、移交接产及调试消缺等工作。另外通过工程防腐执行形成的经验反馈系统，还可指导预防性防腐大纲的开发及后续机组的运行。

图2 核电站工程建设阶段腐蚀管理技术路线图

2.2 人才培养

根据国内核电站建设期间人员配制情况，在机组商运前，防腐专业人员配置一般为3～6人。为快速培养出符合核电工程建设阶段腐蚀管理的技术人才，建议从以下三个方面培养防腐专业技术人员：

（1）组织腐蚀专业人员参加专业的腐蚀培训，接受系统性的材料腐蚀课程，包括阴极保护设计、水化学控制、材料腐蚀与防护、核电系统设备结构等相关课程，以保证腐蚀专业人员建立全面的系统专业知识；

（2）定期安排防腐技术人员参加国内同类型或相关运行核电站的腐蚀管理工作，以了解及掌握运行后核电站系统设备腐蚀管理流程，常见腐蚀问题分析及评估方法等；

（3）参加行业或电厂内部组织的专业资格考核，如核能行业协会腐蚀工程师考证，及NACE阴极保护考级，以确定专业技术人员技术的水平。

2.3 工程防腐大纲开发

工程防腐大纲是核电站工程建设阶段的指导文件，其主要根据电厂的环境、核电堆型结构特点、行业法规及相关经验反馈等开发。其中电厂环境主要指厂址全年空气盐分分布情况、相关介质pH、湿度变化情况、温度等，而核电堆型则决定其所涉及的设备类型及材料选型，行业法规则主要参考其原则性规定。

工程防腐大纲主要包括设备的腐蚀敏感性和管理策略，及在此基础上，列出针对各设备的设计审查、建造质量管控、设备部件及防护、状态监检测、移交接产及调试消缺等的要求。其中对于设备部件及防护，工程防腐大纲应给出对应设备的保养方法及防护方法，定期监测的周期、依据程序或标准，而状态监检测则应在大纲体现监检测周期、依据程序、监检测方法等，以方便防腐专业技术人员参照执行。

由于工程防腐大纲的核心是针对设备腐蚀敏感性进行分级，以指导工程建设阶段设备腐蚀分类管理，保证所有腐蚀管理的有效性、准确性、经济性，从而达到不仅有效管理工程建设阶段腐蚀管理，同时最大程度保障腐蚀管理成本控制在合理范围内的目的。因此，为保障腐蚀分级的准确性，建议设备腐蚀敏感分级应采取定量化或半定量化腐蚀敏感分级原则。根据核电厂设备腐蚀情况，建议定量化腐蚀分级导则，应以具体因素临界水平或可确定性参数为定量分级依据，如环境湿度、材料种类、设重要性等，腐蚀敏感分级关系图如图3所示。

图3 工程防腐大纲设备腐蚀敏感分级关系图

而最终开发出来的工程防腐大纲除包括设计审查、建造质量管控、设备部件及防护、状态监检测、移交接产及调试消缺等工作要求外，还应给出与核电厂各部门及工程建设单位接口内容。

2.4 工程执行

2.4.1 设计审查

设计审查主要包括四个方面：（1）设备管道的材料选型是否适用于所在环境；（2）设备管道中是否存在异种钢接触；（3）防腐措施是否设计得当；（4）其它易加快材料腐蚀的设计缺陷。其中材料选型主要指设计方推荐的材料在所在环境下的腐蚀速率，能否满足设备管道服务年限的设计要求，同时所选材料还不宜过多增加建造成本。系统设备异种钢问题，是目前设计审查中常存在的技术问题，例如某核电站SER除盐水罐出入口隔离阀的连接螺栓材质为碳钢，但其直接与不锈钢管道的法兰面连接，从而容易产生电偶腐蚀，给运行机组带来安全运行的风险[11]。因此，应避免异种金属材料直接连接的设计。核电站主要使用的防腐措施包括涂层、衬胶、牺牲阳极阴极保护、外加电流阴极保护等，若防腐措施设计不当，则易导致腐防措施保护有效有限甚至起反作用，如在海水系统中，选取铝合金牺牲阳极与不锈钢连接，导致牺牲阳极消耗过快，无法起到较好的基材保护作用。另外设计缺陷也是核电材料腐蚀的原因之一，如某核电站1号机组龙门架钢十字交叉焊缝处在设计时未考虑疏水设计，导致尘土及雨水积聚，引发腐蚀，因此，在设计时设备部件结构时，应考虑防腐因素[11]。

2.4.2 建造质量管控

核电站工程阶段建造质量主要指到货设备部件状态控制，设备管道安装质量，防腐措施工艺实施等。其中到货设备部件在制造及运输过程中，存在质量不合格的情况，如设备采取海运过程中保养不当，易导致设备发生腐蚀，因此，应对到货设备部件进行开箱检查，以确定设备部件的到货状态。而在设备管道安装过程中，应控制安装质量，包括焊接工艺。对于关键重要设备的重要工艺，应设置质量控制点，在施工方和监理方签字同意后，方可放行[5]。而防腐措施工艺则应控制其实施质量，严格控制其按照设计要求实施，防止出现漏涂或不涂装的现象，图4为某核电站鼓网牺牲阳极焊脚未做防腐处理，导致焊脚出现腐蚀现象。另涂装过程中还应控制其环境湿度、温度，以满足工艺实施要求，且涂层涂装完成后，应通过涂层测厚仪检测涂层厚度是否满足设计要求，且涂装后的涂层表面应满足标准规定，否则存在防腐性能不达标的可能，从而影响设备管道的运行安全。

图4 鼓网牺牲阳极焊脚周边区域未做防腐处理出现锈蚀

2.4.3 设备部件保养及防护

由于我国核电站主要沿海而建，环境湿度较大，空气中盐分较高，因此，设备极易受到腐蚀，图5为某核电站碳钢管道内表面在建设期间未保养，导致管道内表面出现腐蚀。另据某核电站2012～2013对400多台设备开展检查，发现的腐蚀问题达1000余项[12]。根据国内相关经验，可采取保养对设备进行防腐。目前常用的保养方法包括加药、防锈油、充氮气及干燥空气等，其中充氮气及干燥空气为常用方法。而充氮进行防腐时，应注意窒息风险。使用干燥空气进行防腐，主要通过湿度表征防腐效果。现有研究表明，当湿度高于60%时，碳钢材料在空气中的腐蚀速率快速增大，因此，在使用干燥空气进行保养时，可将湿度控制在60%以下，可认为设备不会发生腐蚀[9]。另在保养过程中，应定期开展检测，并形成保养记录。

图5 某核电站建设阶段碳钢管道内表面腐蚀形貌

2.4.4 状态监检测

在设备管道安装后，应根据工程防腐大纲规定的周期，定期开展设备管道的检查，以评估设备管道及内部构件腐蚀状态，并形成相应的腐蚀检查监督跟踪表，如表1所示。而对于不可达管道，且内部介质为海水、淡水等，应适时设计开发在线监测方法，以掌握管道的腐蚀状态。针对不可达管道特点，可选电阻探针、电感探针技术对不可达管道进行监测。

表1 防腐蚀检查监督跟踪示意表

2.4.5 移交接产

移交接产是指核电建设工程方向运营方移交厂房设备，因此，移交接产活动直接影响机组的正常运行。在开展移交接产活动前，应明确检查内容、验收细则及重点关注项，并编制移交接产指导大纲或程序，表2为某核电站移交接产检查标准示意表。在移交接产过程中，应关注设备部件材料性能是否正常，有无明显的腐蚀现象，并形成记录表。对于重要设备的防腐措施是否按照设计执行，应重新进行复核，如重要厂用水系统管道外加电流阴极保护接线是否正确，牺牲阳极类型是否选择准确等。通过严格管控移交接产过程，从而确保腐蚀问题能得到及时发现及处理。

表2 某核电站建设期间移交接产检查标准示意表

2.4.6 调试消缺

在核电站调试阶段，介质会进入系统设备内部，部分厂房湿度及温度发生改变，此时腐蚀问题会集中发生。因此，应组建腐蚀专业团队，集中开展全厂系统设备的腐蚀消缺工作，并形成消缺记录表。其中腐蚀专业团队应包括腐蚀检查技术人员、防腐质量控制技术人员及防腐处理技术人员。

2.5 经验反馈系统

核电站建成运行后，其建设期间发现的腐蚀相关经验反馈，可有效避免机组发生相关腐蚀情况，因此，工程建设期的腐蚀经验反馈对机组安全运行至关重要。基于此，核电站应在机组建设期间，建立适用于本电站的经验反馈系统，反馈系统应包括系统设备的材料牌号、运行工况、防腐措施、建设期间腐蚀问题、变更记录及同类型电厂同类设备的腐蚀问题等。经验反馈系统建立后，可作为预防性防腐大纲的参考材料，以保证预防性防腐大纲的准确性、针对性、适用性更好，从而提升运行机组的腐蚀管理水平。

3 结语

本文提供了一条针对核电站工程建设阶段的腐蚀管理技术思路，可作为核电站工程建设阶段腐蚀管理的参考。本技术思路注重建立腐蚀知识体系完全的专业人才队伍，并开发出适用于机组工程建设阶段的工程防腐大纲，其中大纲规定的设备腐蚀敏感分级应由定量化或半定量化腐蚀分级原则确定。在此基础上，严格控制设计审查、建造质量管控、设备部件及防护、移交接产及调试消缺等过程，对于不可达管道开展监检测，并针对电厂建立相应的经验反馈系统，从而保证机组系统设备功能完整性，避免系统设备发生重大腐蚀问题的可能，最终达到全面提升机组的腐蚀管理水平和稳定运行的目的。