核电厂发电机空冷器腐蚀原因及防腐改造措施

吴昉赟 徐兴旺 周 澄 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 概述

某核电厂空冷器盖板及设备基体为碳钢材质，传热管板材质为钛，盖板内防腐层为重防腐涂料，密封面使用耐酸碱橡胶皮5mm（垫片自制）。

腐蚀检查发现：发电机空冷器海水进出口盖板密封面边缘一圈存在不同程度的腐蚀，个别空冷器中间隔板腐蚀严重，腐蚀凹坑最深可达1cm，最严重区域已将进出口水室连通。局部区域金属基体有缺肉现象，防腐涂层基本完好。折回水室盖板密封面边缘一圈也存在腐蚀，防腐涂层基本完好。典型腐蚀特征如图1、图2所示。

本文将对其腐蚀机理进行分析，并提出行之有效的防腐改造措施。

1 腐蚀原因分析

1.1 腐蚀机理

初步分析腐蚀机理有两点：（1）缝隙腐蚀+海水冲蚀；（2）电偶腐蚀。

图1 空冷却腐蚀情况

图3 缝隙、电偶腐蚀示意图

1.1.1 缝隙腐蚀+海水冲蚀

缝隙腐蚀是指在腐蚀介质中的金属表面上，在缝隙和其他隐蔽的区域内发生的局部腐蚀。

盖板内部使用的防腐方式为重防腐涂料，涂层在边缘棱角区域无法做到良好的附着，且中间隔板的顶部区域未做防腐，在回装时密封面处仅用耐酸碱橡胶皮挤压，无法做到防腐保护。密封面与重防腐涂料之间一定会留有微小的缝隙，这是无法避免的一个共性问题，海水会先进入缝隙产生缝隙腐蚀，缝隙一旦继续扩大，海水将对其进行冲蚀。而此时小部分的金属相当于直接裸露在海水中，形成了局部“大阴极小阳极”的结构，缝隙处裸露金属为阳极，进一步加快腐蚀速率，如图3所示。

1.1.2 电偶腐蚀

由于腐蚀电位不同，异种金属彼此接触或通过其他导体连通，造成异种金属接触部位的局部腐蚀，就是电偶腐蚀。

通过对现场设备结构的调研，盖板与传热管（现在：钛管；改造前：铜管）通过安装螺栓（如耐酸碱橡胶皮失效），形成了电连接结构。钛管电位较正+0.15V为阴极，盖板经材质检测为碳钢（Mn：0.45%，Fe：99.55%），碳钢电位较负-0.40V为阳极[1]，其腐蚀电位差达到0.55V，形成了电偶腐蚀，且腐蚀电位差较大，腐蚀速率较快。

改造前，传热管设计为铜管（电位-0.08V），相对于钛管来说与盖板间的电位差较小，腐蚀速率相对较慢。所以如今的钛管设计，加剧了电偶腐蚀的发展。

1.2 防腐设计不合理

造成腐蚀发生（包括缝隙腐蚀、冲刷腐蚀、电偶腐蚀）的根本原因在于该空冷器的防腐设计不合理。主要体现为：

（1）密封面属于剪切边缘，只在其垂直边缘地方有涂层保护，而防腐涂层的连续性和延展性较差，在运行期间容易产生缝隙和漏点。故对其防腐处理应符合P3标准，即边缘应进行圆滑处理，半径不小于2mm[2]；

（2）壳体（包括盖板）和管板电连接，没有做好绝缘，涂层又不能完全电绝缘。另外，部分中间隔板缺少密封垫片，使得盖板与钛管直接电连接，导致了电偶腐蚀。同时海水直接接触密封面更会造成严重的缝隙腐蚀以及冲蚀。

2 解决措施及建议

针对盖板所发生的腐蚀机理，可由两方面对其腐蚀发生进行预防或减缓。

2.1 使用橡胶衬里防腐技术

将原有的涂层设计改为橡胶衬里，在密封面处实现整体的包边结构，避免了缝隙腐蚀的风险。

相关规定：橡胶衬里层一般为1～2层。每层厚度为2～3mm，总厚度为2～6mm。介质含有固体悬浮物，需考虑耐磨损时，应采用一层硬橡胶板作底层，一层软橡胶板作面层[3]。

以国内外大多数核电厂凝汽器水室所采用的橡胶衬里为例：凝汽器水室采用“硬胶+软胶”2层的防腐方案。其中，硬胶是以天然橡胶（NR）为基础的，衬里完成后经在硫化罐处理而得到的硬质橡胶衬里。硬胶具有优良的化学稳定性、抗渗透性和良好的机械性能。软胶是以氯丁橡胶（CR）为基础的，衬里完成后经在硫化罐或热蒸汽硫化处理而得到的软质橡胶衬里。软胶具有优良的化学稳定性、抗渗透性、和良好的机械性能且耐海水优良。

2.2 保持电绝缘连接

电绝缘连接是指用各种惰性材料（包括密封材料）制成垫片、套管，插入法兰连接中，使两法兰阴极和阳极之间的电子导电通路断开，从而防止电偶腐蚀发生。

在安装时法兰间使用绝缘垫片的同时，还可在紧固螺栓和法兰孔之间安装隔离绝缘套筒（套筒壁厚一般为1～1.5mm），就是将原法兰紧固螺栓改为小规格的高强度螺栓，螺栓尺寸的缩小保证了绝缘套筒的安装，在保证螺栓各项性能达标同时，也可控制和防止电偶腐蚀的发生[4]。

3 结论

可使用橡胶衬里防腐方案，在防腐阶段要特别注意密封面表面处理，在安装时增加绝缘垫片和螺栓套筒。可同时避免缝隙腐蚀和电偶腐蚀的发生。