核电涂料性能和涂装概述

2017-01-19 18:05:59 作者：本网整理来源：慧聪化工网分享至：

    进入21世纪后，我国电力仍将以较高的速度和更大的规模发展，电力的使用已渗透到社会经济和生活的各个领域。由于电力具有便于转换能源型式，能高度集中和无限划分，清洁干净和易于控制，可大规模生产和远距离输送等特性，使电力发展和应用的程度，成了衡量其社会现代化水平高低，以及物质文明和精神文明高低的重要标志之一。传统发电手段主要是火电，但是由此消耗的大量煤和石油，不仅导致不可再生资源的严重消耗，而且在开采、生产中产生大量有毒有害、污染环境的物质，其主要产物二氧化碳是温室效应的元凶，同期产生的二氧化硫、氧化氮等都是污染大气的主要物质，造成酸雨。因此全世界在开发清洁能源上很早就达成共识，在各个领域投入大量人力财力，目前开发可替代能源的领域主要在集中在核电、风电、光电。现今发展最迅速、市场效益最好的当属核电，对于优化能源结构，保护能源安全，积极应对气候变化和保护环境都具有重要意义。

    我国核电产业经过20多年的发展，取得了显著成绩，核电设计、建设和运营水平明显提高，核电工业基础已初步形成。经过起步和小批量两个阶段的建设，目前形成了浙江秦山、广东大亚湾和江苏田湾三个核电基地，并在沿海和内地开始建设十个以上的核电项目，目前我国逐渐在技术、管理方面吸收借鉴国际先进经验，使核电发挥越来越大的作用，提高在发电总装机容量上的比例。随着核电的发展，核电防腐技术也在逐步完善，并在核电专用涂料方面积极研发并投入使用新的、更高效的产品。

    涂料广泛应用于核电站核岛、常规岛的钢结构、混凝土、设备管道等部位，是核电站腐蚀防护的重要手段之一。根据核电站各个部位防腐要求的不同，尤其是核电自身的特殊运行条件，核电站涂层防护可分为抗大气腐蚀涂层和抗液体、埋地环境涂层，因此可以结合核电站设备组成分别对不同功用的适用涂层进行分析。

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    1.核岛用防腐蚀涂料

    出于安全和设备运行需要的考虑，设计建造核电站一般位于远离人口稠密地区的江河、海边，因此外部一般设备、厂房等腐蚀环境基本属于腐蚀等级较高的临水（海水、淡水）条件，核电运行后，设备使用周期长，这些对核电及相关系统钢结构等的防风防腐防潮性能、安全可靠性、工作效率等提出了十分苛刻的要求。

    微生物引起腐蚀（Microbiological induced corrosion）

    均匀腐蚀（General corrosion）

    电偶腐蚀（Galvanic corrosion）

    侵蚀腐蚀（Erosion corrosion）

    缝隙腐蚀/点蚀（Crevice? & pitting corrosion）

    水滴侵蚀（Water droplet Erosion）

    气蚀（Cavitation （bubble）

    应力腐蚀开裂（Stress corrosion cracks-SCC）

    晶间应力腐蚀开裂（Intergranular stress corrosion cracks-IGSCC）

    因此核电必须采用特殊的重防腐涂料涂装，才能满足长期防腐，这里我们重点讨论核控制区域的防腐特点及产品要求。

    核电站运行时，环境温度较高，且存在中子、13l离子、丫离子辐射。因此核岛内适用涂层必须具有一定的耐温性、抗辐照老化性。核电站主要分为核岛、常规岛和BOP三大部分。核岛部分的使用的涂料和其冷却水系统的防腐蚀要求和一般钢结构有重大区别。

    用于核电站的涂料，除了与一般涂料相同的要求外，还有一些特殊的更高的要求。核电站钢结构涂料按法国标准NF T30-900，NF T30-901，NF T30-903， NF T30-049及NF X41-002分别进行并要通过LOCA试验、去污试验、辐照试验、老化试验及盐水喷雾等试验，符合核电站安全壳内钢结构防护涂料的技术性能和要求。只有通过了以上这些试验的涂料系统才能使用于核电站

    （1）LOCA试验（失水工况模拟试验）

    核岛的环境特点是：正常条件下，核岛内空气中腐蚀性离子较少，温度保持恒定，涂层劣化的主要途径是人为损伤和辐照作用；异常条件下，如核岛内管道发生破裂，管道内充满的高温高压蒸汽瞬间能使核岛局部达到约300℃、16MPa。因此核电防腐涂料应重点考虑的是对岛内适用涂层满足在异常条件下的使用要求。此外，根据ALARA原则（所有辐射剂量应保持在可合理达到的尽可能低水平），核岛适用涂层还应具备较低表面处理条件下的可维修性。

    失水工况模拟试验（LOCA，loss of coolant accident）主要为了考验涂料的耐高温喷淋液体的性能。在事故工况下，如果保护涂层的脱落可能堵塞流体管线、泵和回流喷水系统，妨碍喷淋，将对异常情况处理造成很大危害。

    （2）去污试验

    核电站燃料元件，堆内构件等在事故情况下，有时会发生泄露造成放射性物质对有关设备设施的污染。燃料元件在辅照后检验系统的设备污染也很严重，放射性尘埃，裂变气体在设备表面的吸附等，都会对现场工作造成放射性辐射，要现场排除故障前，要先进行去污，使放射性剂量水平降低到一定的允许值。需要具有去污性能的地方如混凝土表面和混凝土槽内衬里、及辐射区域内的钢结构表面，使用的涂料有胺固化高分子量环氧涂料，无溶剂环氧漆等。

    （3）辐射试验

    放射性辐照会加速涂层中高分子树脂或聚合物的老化耐开裂，过量的放射性射线辐照会引起聚合物中化学键的断裂耐降解。对于核电站所用的涂料，根据法国标准NFT30-903规定，涂层的耐辐射性应该≥1.6×105Gy而没有损伤。

    上述实验保证了核岛防腐产品在极端条件的使用达到要求。

    核电站常规岛涂层主要用于：设备外表面的抗大气腐蚀防护和去离子水储存罐等的内部腐蚀防护。核电站辅助系统涂层主要包括：酸碱盐飞溅条件下的涂层、结露设备及钢结构表面的涂层、电器设备表面涂层、海洋大气和海水环境下的涂层等，一般主要是非控制区（没有放射性污染的区域）厂房内正常大气环境、腐蚀性环境的涂层系统。

    2.核电站防腐用涂层配套的选择、设计及管理要求

    2.1 核电站涂层的选择

    商业运行的核电站机组一般均为大功率、连续运行，核电站涂层的施工时机一般选择机组换料大修期间。基于核电站运行的经济性和设备的可靠性，核电站涂层必须选择已成熟运用的可靠产品，并且至少能够满足所在设备一个或几个大修周期的防护要求。

    核岛适用涂层的选择需满足以下要求：

    （1）耐液体性实验。达到EJ／T1087—1998，对长期与液体接触的涂层系统按程序A进行，对有可能造成液体飞溅区的涂层系统按程序B进行

    （2）去污、耐辐照实验。达到EJ/T 1112--2000、EJ/T 1111-2000中丫射线辐照、去污性的要求。

    （3）涂料中的各种成分应尽可能降低卤族元素、硫元素的含量。根据各核岛设计要求，控制硫和卤素的总含量。

    （4）模拟DBA（Design Basis Accident）实验。模拟DBA试验及修补性试验。

    辐照后模拟DBA试验。根据RCC-M2000版f5300的要求规定实验。

    （1）人工老化实验。按照GB/T 1865进行，室内涂层系统进行人工辐照暴露实验，室外涂层系统进行人工气候老化实验，并按GB/T-1766进行评定。

    （2）耐盐雾实验。实验方法采用GB/T 1771，评定要求按各核岛设计要求。

    （3）耐水试验。实验方法采用EJ/T 1087，长期与去离子水接触的涂层系统应按程序A进行。

    （4）抗混凝土开裂性能。所用涂层应保证在一定要求下（如1mm混凝土基底开裂）仍能保证涂层的抗液体渗透性。

    （5）耐磨试验。实验方法采用GB/T 1768

    （6）附着力试验。拉开法，参照GB/T 5210的有关要求，采用拉开法附着力测试。

    中远关西的核电防腐涂料产品，在产品的原材料、生产工艺、质量控制、产品性能、施工性能都是严格按照日本关西的产品指标进行控制的，研发人员经过大量实验调整对日本配方的消化吸收，在核电涂料研发、改进的工作上进行了近百次实验，同时在中远关西专门为核电项目的实验购置了大量高端实验设备，与北京核工业研究院密切配合，得到国内核电行业权威机构的实验认证。中远关西涂料在专门为核电站的核控制区域设计的特殊防腐品种RX系列产品，能满足严苛的防腐设计要求，适用于特殊的施工环境，并且产品的性能通过了LOCA等实验检测。

    在核岛区域，中远关西推荐的EPOMARINE RX系列的产品在防腐性和耐沾污、耐辐照性能等针对核电涂装特种涂层要求的高端产品性能上都有良好表现。根据核电设计要求及产品性能，目前中远关西提供的针对核控制区的配套如下：

    混凝土表面

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钢结构表面

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    目前我司在核电防腐上已经实现了全系列覆盖，新研发推出的EPOMARINE RXN是专为核电混凝土PID159系统设计，填补了国产核电防腐产品在该领域的空白。中远关西的核电涂料产品已经在业内取得了优异的业绩，同时在田湾、岭澳、福清等国内几大核电站的施工建设中被大量采用。

    目前，核电技术一直沿着高效、清洁、安全的方向发展，中国的核电技术发展迅猛，中远关西在核电涂料方面从紧跟潮流到引领技术发展，一直保持着在中国核电涂料领域的领导地位。以CNP1000和CPR1000为代表的、具有完全自主知识产权的“二代加”机型，是我国较早引进并进行了成功国产化的技术，占据了我国在运和在建核电机组的绝大多数，中远关西通过多年在中国核电领域的开拓，已经实现了在核控制区和非控制区的所有防腐产品全系列，率先通过几乎所有涉及的资质和性能认证，成为能为核电站所有部位提供优质防护的涂料供应商。

    在国际核电领域里逐渐占据重要地位的新核电技术AP1000核电技术是中国第三代核电自主技术。中国核电市场通过引进消化吸收再创新，掌握了AP1000的五大核心技术，为推进中国核电产业技术水平的整体跨越，为实现中国第三代核电AP1000的自主化、批量化建设打下了坚实的基础。AP1000核电技术是目前唯一一项通过美国核管理委员会（NRC）最终设计批准的第三代核电技术，这是目前全球核电市场中最安全、最先进的商业核电技术。我国正在建设中的三门、海阳两个项目就使用了AP1000技术，中远关西已经成功成为其主要涂料供应合作伙伴。作为时刻关注核电领域最新进展和技术动向的中远关西，早在AP-1000技术处于论证初期，就展开技术储备，专人进行产品研发。已经研发成功的SD ZINC PRIMER 2000和UNIVERSAL EP-100专为AP-1000体系的钢结构部位设计并通过严格的实验认证，上述产品都是按照国际最先进的产品规范设计的，采用高固体、低VOC的环保型体系，在确保实现AP-1000技术核电站防腐用产品国产化的同时，遵循国际上日益强烈的环保性能的追求，使中远关西的产品能最大限度的服务于客户。

    中远关西完成了“引进、消化、吸收、再创新”的路子，逐步拥有了核电防腐涂料高端核心技术，为将来逐步扩大在核电涂料市场的份额，并最终形成中国的核电防腐技术品牌在积蓄力量。

    2.2 核电站涂层的施工要求

    为尽可能提高涂料的防护周期，除了采用优质可靠的核电专用产品外，严格的新造施工控制手段和高标准的施工规格也是必须采用的。

    涂层防护的好坏与施工过程的质量控制密切相关，尤其对于核电体系所要达到的长期防腐要求而言，高标准的表面处理等级（一般要达到Sa2.5（近白级））、严格的新造施工控制等条件，都是达到良好涂装品质的必要条件。如：涂装前表面处理，要求磨料干燥无油；漆涂装前的表面清洁度；两道面漆涂装间隔；不同温度、湿度条件下的涂层养护时间等。表面处理质量包括三个方面，即钢板表面的可视清洁度（锈蚀、氧化皮等）、粗糙度和不可视清洁度（油脂、可溶性铁盐、氯化物、硫化物、灰尘等），在这方面已经形成了较完善的检测标准和体系。钢材表面可视清洁度（锈蚀、氧化皮）的评定，可分为定量和定性两种方法。为了能正确、方便地评定钢材在除锈之后的表面处理质量，许多工业发达国家都先后制定了钢材除锈的质量等级标准，我国标准为GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。在施工中严格遵照现场技术服务工程师以及涂料商提供的产品说明书、施工指导书等进行施工也是保证涂料性能达到最大限度发挥的前提。在对混凝土表面涂装前处理中，也有严格的处理程序和控制指标需要遵守，如新水泥一般不宜立即涂装涂料，至少要经过28天的干燥养护后，使水分蒸发、盐分析出才能开始涂装。如需急施工，可采用15～20％的硫酸锌溶液刷洗水泥表面数次，待干燥后出去析出的粉质和浮粒；也可用5～10％的盐酸溶液喷淋，再用清水洗涤干燥；此外也可用耐碱的底漆先进行表面封闭处理。经表面处理后的混凝土表面应无浮浆、脱膜剂、油污，去除凸起物及打开所有表面的孔洞，用配套的环氧腻子修补表面存在的缺陷，注意不要使空气滞留在坑内，使表面平整。涂装施工前应用水把尘土冲净并完全干燥，在基层深度20mm的范围内，含水量≤6%，地面的PH值在6.8—8.0之间。

    为保证施工质量，核电站涂层施工均设有独立的质量QC，负责施工过程的质量检查和记录。配合现场涂料施工的技术支持工程师同样担负着解决涂料施工困难，控制涂装效果，严格涂装规范和条件等责任。

    3. 核电站涂料的发展要求

    为适应我国“加快发展核电的产业方针，及时总结核电站涂料的适用特点和进行涂料防护分析以及借助于国内外涂料应用的成功经验和国内核电站涂层的应用实践，我国核电站涂料的发展应围绕以下要求进行开发和研究。

    （1）假想事故工况下，安全壳内涂层须满足附着力要求。

    （2）安全壳涂层的耐温、耐辐照、去污性的改进和提高。

    （3）严格进行核岛涂层、二回路液体环境中涂层成分的控制，如降低卤素、硫元素的含量。

    （4）借鉴国内其它行业在核电站辅助系统类似环境中的成功经验，如：低表面处理涂料、湿固化涂料的应用经验；海水管道涂层焊缝涂层补口施工工艺的技术改进等。

    （5）核电业者严格控制施工质量并定期检查涂层。