秦山核电站海水系统防腐蚀措施及管理

卢洪涛，郑宏练，杨国栋

（中核集团秦山核电有限公司，浙江 海盐 314300）

秦山核电站是我国大陆自主设计、建造、运行的第一座核电站。该30万kW核电机组1991年12月首次并网发电，1994年4月投入商业运行。

秦山核电站的冷却用海水取自于钱塘江、长江与东海交汇处的杭州湾。杭州湾海水中氯离子的含量高达7250 ×10-6，海水中夹带有大量黏性细颗粒粉砂，最大含砂量可达5～12 kg/m3，是非常复杂的“含大量氯离子的双相流”。同时，海水中有机质丰富，富含有机酸，贝类等海生物生长迅速。由于秦山地区的海水泥沙含量大，腐蚀性强，对设备的磨损和腐蚀作用显著，具有磨损（冲刷）腐蚀、微生物腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀等多种腐蚀作用，故海水系统的防腐蚀管理是一个难点问题，也具有很强的代表性。

1 秦山核电站海水系统流程

1.1 系统概述

秦山核电站海水系统根据用户不同分为一回路海水系统和二回路海水循环冷却水系统。一、二回路海水系统共用49号海水泵房及海水取排水设施。杭州湾的海水经取水方涵、拦污栅再通过取水隧道，经过海水泵房内3台旋转滤网的过滤后进入泵坑。4台一回路海水泵和6台二回路海水循环水泵再将海水泵房泵坑内的海水通过管道输送给各用户进行热交换。在完成热交换后，二回路海水循环冷却水系统的排水汇集到排水母管经虹吸井、排水方涵、连接井、排水隧洞排入最终热阱杭州湾。来自02号核岛辅助厂房的一回路海水系统排水则直接排入虹吸井后的排水方涵，与二回路排水汇流；供给07号应急柴油机厂房的一回路海水系统的排水直接排入厂区边坡排水沟。

1.2 一回路海水系统

一回路海水系统也叫作重要厂用水系统，其功能是在机组各种运行工况下向02号厂房设备冷却水热交换器以及07号厂房应急柴油发电机组套管式水冷器提供充足的冷却水,并将收集的热负荷输送到最终热阱，即杭州湾，确保反应堆机组在正常运行和事故运行条件下安全运行。一回路海水系统有4台100%容量的海水泵,分为两个冗余系列，即1号、2号泵在一根输水母管上为A系列；3号、4号泵在另一根输水母管上为B系列。该系统满足核安全三级，抗震I类要求。一回路海水系统流程如图1所示。

1.3 二回路海水循环冷却水系统

图1 一回路海水（重要厂用水）系统流程图Fig.1 Primary loop seawater （essential service water） system flow chart

二回路海水循环冷却水系统包括为凝汽器供应冷却海水的海水循环水系统和为其他用户提供冷却海水的海水冷却水系统。6台循环水泵从海水泵房泵坑内取水后汇集于A、B两根进水母管内，再分成4根进水管通过二次滤网过滤后分别供应给两台凝汽器的A、B两侧进行热交换，排水经4根排水管汇集于两根回水母管后排入虹吸井。两根进水母管各引出一根支管将海水供应给04号汽轮机厂房内的其他用户构成海水冷却水系统。海水冷却水系统设两台海水过滤器，过滤海水中的杂物，以免堵塞各用户管束。3台海水升压泵是专为7.2 m标高处的发电机空冷器设计的。其他用户因布置在0m标高层，海水压力足够高，故不另设升压泵供水。海水冷却水系统的用户主要有发电机空冷器，工业水冷却器和发电机定转子水冷却器。冷却完各用户后的海水排水分别经两根支管汇集到两根回水母管中。二回路海水循环冷却水系统的流程如图2所示。

2 海水系统现有防腐蚀措施

2.1 外防腐措施

图2 二回路海水循环冷却水系统流程Fig.2 Secondary loop recirculating and cooling seawater system flow chart

由于海水的腐蚀性很强，而土壤或大气的腐蚀性相对较弱，故秦山核电站海水系统外防腐措施相对较为简单。埋地部分一般用环氧树脂加玻璃丝布包缠（四油三布）进行外防腐，配合厂区地下金属埋设物区域性阴极保护系统进行外壁联合保护；厂房内部分一般用环氧玻璃丝布或环氧类防腐漆进行外防腐。

2.2 内防腐措施

2.2.1 一回路海水系统

秦山核电站一回路海水系统输水管道大部分为管沟铺设，一少部分为埋地铺设。管道内表面衬有聚合物水泥砂浆衬里；4台一回路海水泵泵壳材质为奥氏体不锈钢，为保护泵壳免受含泥沙海水的腐蚀及冲刷，均采用高聚陶瓷类修复材料对泵壳内表面进行了防腐涂装；设备冷却水热交换器前的2台一回路海水过滤器用双相不锈钢及钛材进行制造，以保证良好的耐海水腐蚀性能；3台设备冷却水热交换器壳体为16MnR材料，海水侧水室有衬胶层保护，传热管及管板为钛材；应急柴油机冷却水及中冷水热交换器壳体材料为16MnR，海水水室有衬胶层，传热管为HAl77-2A铝黄铜材料，管板为HSn62-1锡黄铜材料，这两种铜合金均有较好的耐海水腐蚀性能；07号厂房内使用衬塑管道连接热交换器和室外的砂浆衬里海水管道。

2.2.2 二回路海水循环水系统

二回路海水循环水系统中，碳钢类循环水泵部件与海水接触部分均有熔融环氧涂层或环氧沥青漆等防腐涂层进行保护，叶轮仓部位安装有锌合金牺牲阳极保护块；循环水泵叶轮叶片由于泥沙冲刷磨损严重，曾使用高聚陶瓷类冷涂层及超音速火焰热喷涂WC-Co-Cr涂层进行保护，现在还处于验证阶段；循环水系统管道中室外部分均为埋地铺设，管道内表面大部分衬有水泥砂浆衬里，局部为熔融环氧或防腐涂层；为加强对循环水系统管道的保护，该部分管道加有厂区海水管道内壁阴极保护系统，由16个镀铂钛辅助阳极装置向管内海水释放电流对管道内壁进行阴极保护；在输水母管互通闸阀两侧直径1.6 m和2.6 m渐缩管段内壁加有铝合金牺牲阳极进行阴极保护；04号厂房内凝汽器本体至海水进出口蝶阀间的海水管道内壁涂有重防腐环氧沥青漆涂料，并结合铝合金牺牲阳极对管道进行保护；4台二次滤网筒体及凝汽器进出口水室和折回水室内表面衬有橡胶防腐层。

2.2.3 二回路海水冷却水系统

二回路海水冷却水系统，从进水母管接口开始直至04号厂房内海水过滤器前后的海水管道以及04号厂房至回水母管的排水管道均为砂浆衬里，其余去各用户的海水管道内表面大部分为熔融环氧，局部冲刷严重管段用高聚陶瓷类耐磨材料进行防护；不锈钢材质的海水过滤器内表面使用高聚陶瓷类涂层加以保护，以防止海水的点蚀和冲刷；3台海水升压泵泵壳内表面也使用高聚陶瓷涂层加以保护以抵御含泥沙海水的冲刷腐蚀；工业水冷却器与海水接触部分如水室、传热管、管板均为钛材质，具有良好的耐海水腐蚀性能；定转子冷却器内与海水接触的水室或接管也都有衬胶或衬塑防腐层进行防护；发电机空冷器传热管及管板为钛材，碳钢材质的海水进出口短管内表面用熔融环氧加高聚陶瓷耐磨涂层进行联合保护，空冷器端盖均用高聚陶瓷涂层进行防护。

3 海水系统防腐蚀管理

3.1 海水系统防腐蚀管理策略

秦山核电站是我国大陆第一座核电站，受当时条件限制，海水系统选材及防腐蚀初始设计中存在一些不足，造成运行前期海水系统发生一些腐蚀问题。由于一开始并没有成立专业的防腐科室对海水系统进行管理，故前期海水系统的防腐管理还是以消缺性管理为主。随着海水系统腐蚀问题的日益突出，为从根本上解决问题，公司通过一系列、大范围的变更改造，并不断探索新的防腐蚀手段，引进新的防腐蚀材料和工艺，对海水系统进行防护，现在海水系统的状态已经比较稳定。

随着电站累积运行时间的不断延长，腐蚀问题日益引起公司管理层的关注。通过成立材料防腐科专业科室对防腐工作进行归口管理和中长期规划，完善防腐相关管理制度，并建立了《系统设备防腐大纲》以及一、二回路海水系统设备预防性防腐大纲等子程序，初步实现了海水系统防腐管理文件体系的建立，现在海水系统的防腐管理工作已经过渡到以预防性维修为主，持续改进的新阶段。同时，为保证海水系统在改造过程中防腐性能不降低，材料防腐科负责对系统设备变更、技改等项目的材料和防腐技术条件进行归口审查，可以从源头上保证选材的正确性和防腐手段的有效性，从而保持海水系统良好的防腐蚀性能。

现有的海水系统防腐蚀管理工作主要分为预防性防腐和消缺性防腐两种。其中，预防性防腐工作占有很大的比重。一方面通过对阴极保护系统的不断维护，保证系统的连续稳定运行，对海水管道内外壁进行持续的阴极保护，阻止或减缓海水对系统管道的腐蚀；另一方面，根据海水系统设备预防性防腐大纲合理安排防腐项目，利用每次换料大修或日常期间设备、管道解体的时间窗口，对设备、管道内表面的防腐层进行检查及修复，保证防腐层的完好，发挥最佳的保护效果；此外，还通过合理选材和改进防腐材料及工艺等手段来达到预防腐蚀的目的。由于海水的腐蚀性很强，且各种保护手段也存在一定的失效概率，因此尽管采取了以上种种预防性防腐措施，仅仅单纯依靠它们仍不能保证海水系统不发生腐蚀问题。一旦发生意料外的海水系统腐蚀问题，就需要采取消缺性防腐行动。一般消缺性防腐工作有如下几个来源：运行人员巡检发现腐蚀问题填报缺陷报告（DR）；检修或腐蚀调查人员在设备检修过程中发现腐蚀问题填报质量缺陷报告（QDR）；电站工作人员发现腐蚀问题填报状态报告（CR）。这些报告均有标准的处理流程，都会流转到材料防腐科，并由材料防腐科组织专业人员进行消缺处理，可以保证缺陷得到及时、有效的控制和处理以及记录。以预防性防腐为主，辅以临时性消缺处理，双管齐下，方可保证海水系统的长期安全、可靠运行。

由于防腐涉及的工作面比较宽，工作量大，考虑到科室人力资源有限，为此我们与国内多家优秀承包商单位建立了长期、稳定的战略合作伙伴关系，整合利用他们的技术、人力、材料等优势资源，不断提高我们的防腐管理水平，实现了合作各方的共赢。

3.2 海水系统防腐蚀管理文件体系

为了保证海水系统防腐蚀管理工作的规范和有效，材料防腐科专业人员有组织、有计划地不断建立和完善相关的管理制度和技术文件。《系统设备腐蚀监督与防腐管理制度》以及《外委防腐施工监督程序》是对包括海水系统在内的生产相关工艺系统进行防腐管理的指导性文件。为保证阴极保护系统的有效运作，实现对厂区海水循环水管道内壁和埋地部分海水管道外壁的有效保护，编写和逐步完善了《54号阴极保护站管理制度》、《54号阴极保护站检修规程》、《54号阴极保护站运行规程》等技术文件。

为使包括海水系统在内的防腐工作能够达到预防性维修的水平，材料防腐科投入大量精力建立了《系统设备防腐大纲》，并编制了《一回路海水系统设备预防性防腐大纲》、《海水循环冷却水系统设备预防性防腐大纲》等子程序以及相关的检查及修复操作规程，即《腐蚀检查规程》、《橡胶衬里检查及修复规程》、《涂层检查及修复规程》、《水泥砂浆衬里检查及修复规程》、《玻璃钢检查及修复规程》，从而实现对海水系统进行有计划、标准化的腐蚀调查和预防性防腐处理工作。通过对上述预防性防腐大纲的编制，对海水系统内腐蚀敏感设备一一进行了分析筛选，结合设备的材质、运行工况、腐蚀环境等进行了综合分析，最终确定设备的腐蚀模式，并对防腐蚀措施及防腐要求加以明确，建立了海水系统设备防腐基础信息数据库。同时，在大纲中也明确规定了针对具体设备的防腐工作清单，包括工作内容、工作周期、工作时机、使用的规程等。只要依据大纲就可以安排好每次大修中的腐蚀调查及防腐施工项目，实现预防性维修的最终目的。同时，这些大纲也是不断完善、持续改进的。根据几个循环的腐蚀调查和防腐施工结果，可以对大纲中的相关要求或规定进行修改和调整，以保证程序最佳的科学性和可操作性。按照预防性防腐大纲对海水系统进行预防性维修管理，可有效地维持整个海水系统处于较好的工作状态，做到防患于未然。

随着海水系统防腐蚀管理的不断深入和完善，今后将根据工作的需要，在完善现有制度和程序的基础上，编写新的管理制度和技术文件，以完善整个防腐管理文件体系，对海水系统实施更加有效的、规范的管理。

4 海水系统防腐蚀管理难点问题

4.1 泥沙冲刷问题

由于秦山地区海水含沙量较高，且沙粒的硬度很高，对海水系统设备尤其是叶轮等转动部件以及阀后管道或泵出口水室等海水流向急剧变化的静机部件的冲刷、磨蚀较严重，导致了一系列的腐蚀问题。循环水泵叶轮因冲刷磨损严重，导致备件更换频繁。现已采用多种防腐手段如前面所述冷涂、热涂耐磨涂层等进行防护，但现在均还处于防护效果验证阶段，还没能最终确定一种较好的解决方案。一回路海水泵叶轮、口环等部件也存在类似的冲蚀问题，今后将继续探索新的防腐手段来解决这一问题。一回路海水泵及海水升压泵泵壳内表面等静机部件已经用高聚陶瓷类防腐耐磨涂层进行保护，经一个燃料循环约400天的现场实际运行考验后，涂层保持完好，取得了很好的保护效果。我们将不断调研、探索新的防腐手段和材料来逐步解决上述悬而未决的腐蚀问题。

4.2 衬胶老化问题

虽然秦山核电站海水系统中的衬胶设备并不是很多，但随着机组累积运行时间的不断增长，像凝汽器这样重要的设备以及各热交换器和二次滤网内的衬胶层均面临着衬胶老化的问题。由于现在还没有掌握橡胶老化诊断的有效方法，未能建立相关管理程序，对海水系统中衬胶设备的防腐管理还存在着不足。现在对老化衬胶的处理方法为用电火花检测后对老化部分用橡胶修复材料进行修复处理。今后将努力改进，尽快掌握橡胶老化诊断技术，实现对衬胶老化的有效管理，及时判断衬胶寿期，合理安排工期，对老化衬胶进行整体更换。

5 结束语

通过引进先进的防腐材料和工艺，结合一系列、大范围的设备改造，成立材料防腐科专业科室进行专门管理，逐步建立和完善海水系统防腐蚀管理技术文件体系，秦山核电站对海水系统的管理工作已经实现从被动消缺到预防性维修管理的根本性转变。虽然海水系统的防腐管理工作已经取得了较大的进步，但由于秦山地区海水泥沙含量高等自然因素的限制，秦山核电站海水系统的防腐管理工作仍面临着严峻的挑战。同时，我们在衬胶老化管理等方面还存在着诸多的不足，今后将加强与兄弟单位的沟通和协作，借鉴他们好的经验和方法，通过不断的努力、持续改进，将秦山核电站海水系统的防腐蚀管理工作推进到更好的水平。