核电站涂料选用及失效案例分析

　　文/游庆荣，费克勋，梁耀升，廖开星，孙永亮·苏州热工研究院

　　核电站是一个复杂的工业生产系统。其构筑物和设备对表面涂层的耐蚀能力、去污能力、抗辐射能力、甚至是元素含量等等都有不同的要求。借鉴欧美等国的经验，国内核电站也建立起了涂料选用管理体系。

　　涂装处理时控制腐蚀产生最有效、最经济的手段之一。涂料的选用应综合考虑被涂覆物的基体材质、表面性质、运行区域、环境条件（如温度、湿度、外部腐蚀环境、内部介质特性）等因素。

　　核电站对防腐涂料选用有严格要求。核用涂料在采购与验收阶段需要进行性能评估试验，一股性能指标包括耐磨性、耐冲击性、柔韧性、附着力、耐火性、底漆耐碱性、耐水性、耐液体性、抗盐雾性能、抗老化性能、抗阴极剥离性、防微生物性能等；在特殊环境下使用的核用涂料还要通过耐辐射试验、去污试验、LOCA试验、化学元素含量规定。

　　对核用防腐蚀涂料的管理，美国和法国已分别建立了一套相对完善的涂层管理体系。美国核管会（NRC）颁布了核安全法规导则RG1.54  Revision  1，引用ASTM标准对核电站核安全I、Ⅱ和Ⅲ级涂层的选择、考核、质量控制、维护和状态监测进行了全面的规定。法国发布了压水堆核岛机械设备设计和建造规范（RCCM,F5300），并以采购技术规范书的形式对核岛涂层进行了规范，包括：总体要求、油漆涂层体系的分类和特性、涂层考核测试、防腐能力的维持时间、表面处理、防腐涂层施工要求、制造商编制油漆规程。国内部分核电站采用了国外的建造和管理方法。一些标准也已成为HAF/HAD和EJ编制的主要参照文件。

　　核电站面临的环境复杂，主要分为：核岛厂房室内大气环境，非核岛厂房室内大气环境，海水环境，露天环境，除盐水环境，酸碱环境，压缩空气环境，油介质环境，埋地环境，废液环境等。核电站相关程序明确规定了不同环境下涂料的选用原则和范围。

核岛厂房室内大气环境

　　涂料选用。

　　核岛厂房大气环境主要包括PIC、PID、PIT三类。

　　PIC为安全壳内使用涂料（使用温度<120℃），安全壳内腐蚀环境较为友好，但辐射强度高，并且涂层的老化、破损会间接影响核岛内的部分核安全性能，因此对涂料的耐辐照能力、去污能力和抗老化等是有严格规定的。

　　PID类涂料是用于安全壳外核厂房内的涂层系统，此类涂料主要功能是防止设备和构建被核废料、核燃料在运输过程中造成的放射性污染，因此此类涂料的核性能要求，只需要具有较好的去污能力和一定的耐辐射能力即可。

　　PIT系列涂层系统在RCCM里被定义为临时性涂层，通常用于安全壳内及安全壳外核厂房内包保温材料的高温设备（t>120℃），在设备包保温材料前的运输、存放、安装阶段对基材起保护作用（一般为3年），且在包保温材料后漆膜在正常运行条件下保持稳定，对安全壳内设备的漆膜，应不含金属铝基颜料。

　　根据法国标准NFT30一903规定，核电站所用的涂料应接受大于等于1.6×105Gy辐照的情况下而没有损伤。核岛里许多保护性涂层都是热固性和高交联度的树脂，例如环氧、环氧酚醛、聚酰胺环氧、改性有机硅涂料，它们对累计伽马辐照的抵抗力都非常高。

　　除基料外，颜料也起着一定的作用，惰性的无机颜料能提高涂的抗辐射性能，高颜料体积浓度涂料的抗辐射性能比含有同样颜料的低颜料体积浓度涂料好，所以最好选用相对分子质量大的颜料。有机硅、酚醛以及杂环聚合物就具有较好的耐辐射性能。

　　失效案例

　　2010年12月对国内A核电站反应堆下法兰进行腐蚀检查发现法兰表面涂层存在脱落现象，如图1所示。
 

　　反应堆下法兰选用的涂料为Carboline  4674是一种单组分改性有机硅，能耐中高温，承受最高温度达399℃，具有优异的耐热波动性及耐候性，但是该涂料不适用于浸泡条件或暴露在飞溅和溢出的酸、碱溶剂下，在正常运行与大修交替期间，反应堆下法兰会处于干/湿交替的环境中。在反应堆下法兰运行过程中会有硼酸水存在，涂层在这种环境下长期服役，导致其加速老化，这可能是造成涂层产生破损的主要原因之一。

非核岛厂房室内大气环境

　　涂料选用

　　非核岛厂房室内大气环境涂料主要包括PIA、PIB.PIA系列涂层系统用于非核厂房内正常大气环境下的设备、设施和土建结构，无放射性沾污，不含腐蚀性气氛。PIB系列涂层系统用于非核厂房内腐蚀性气氛环境下的设备、设施和土建结构，无放射性沾污。非核岛厂房室内大气环境常用的涂料有环氧涂料、有机硅耐热漆、无机富锌漆、环氧富锌、环氧云铁漆、醇酸涂料、磷化底漆（聚乙烯醇缩丁醛磷酸漆）、聚氨酯涂料等等。

　　影响非核岛厂房大气设备涂料矢效的原因较多，但温度和湿度变化是造成涂层失效的最重要的两个因素。因此常规岛设备外表面涂层必须具有足够的耐温性和一定耐酸性。并且除了具有很强的吸附能力外，还要求涂层的干燥时间足够的短。

　　另外，常用的含锌涂料，由于在高于60℃时，锌的自腐蚀电位变得比铁更正，使得在锌与铁构成腐蚀电池中，非但不能对铁提供牺牲阳极保护，反而加速了铁的腐蚀，因此必须禁止使用。

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