[科普中国]-核电站设备涂装技术

简介在核电站，涂层除具有防止腐蚀、方便去污和美化环境等功效之外，还要求不影响核安全功能。我国已投用核电机组的设备多由国外引进，其设备涂层设计符合国外核电站管理要求及运行环境，但它应用于国内核电站就会出现一些局部的不适应。另外，核电站设备涂层的设计寿命一般不超过10 年，随着机组运行时间的延长，核电设备涂层逐渐出现破损和老化现象。如1991 年投用的秦山一期核电站已经有近18 年的运营历史，目前共计有11 个运营核电机组。因此，对核电站开展设备涂层功能有效性、可替代性、可维修性评估具有重要意义2。

核电站设备涂层分类及技术要求核电站设备涂层指涂覆于核电站钢结构、设备、混凝土设备表面的有机高分子材料，不含水泥砂浆、橡胶、塑料等。核电站设备涂层的分类是依据核电站涂层管理要求、环境条件而定，其目的是实现核电站涂层的系统化、规范化管理。

1 涂层分类

（1）按区域划分

压水堆核电机组可划分为核厂房、汽机厂房、其它厂房，见图1。核电设备涂层根据核电站厂房功能和分布区域的不同而有不同的应用环境和性能要求。其中，核厂房（包括安全壳、核辅助厂房、核废料厂房）及其他核电站重要安全设备涂层可定义为核电专用涂层，它应满足核电站特殊的性能要求；汽机厂房、其它厂房（包括海水泵站、制氯站、制氢站、化学水厂房）及核电站办公区域涂层等为核电常规涂层，其性能要求与其它工业涂层性能要求一致，取决于设备所处的环境条件及防护要求。

（2）按环境介质分类

核电站环境可分为大气、浸没介质、辐射、阳光四种类型。大气环境包括一般性大气、腐蚀性大气、凝露和雨水。而一般性大气指通风良好、湿度适宜的大气条件；腐蚀性大气指盐雾、干湿交替或湿度较高的条件；凝露和雨水指材料表面存在结露、雨水积存等。大气环境条件决定了涂层破损的类型和基体的腐蚀速率。核电站浸没介质主要有水、土壤、油等。其中，水介质包括生活水、纯水、盐水和化学水；土壤包括混凝土和土壤两种情况；油介质包括柴油和润滑油。浸没介质中水是最主要的去腐蚀剂；生活水是只经过简单过滤处理的淡水，具有较低的盐度；纯水是经反渗透或树脂交换制成的盐含量极低的水；盐水是指溶解有过量中性盐的溶液（海水是典型的盐水）；化学水是指含酸、碱的水。土壤中含水会提高土壤电导率并滋生微生物，油中含水会在储油容器的下部形成沉积。辐照是核电站辐射控制区所特有的环境条件，辐照促使设备表面涂层劣化。

（3）温度

环境温度加速设备材料的腐蚀和涂层劣化。根据核电站设备涂层应用的环境温度不同，可将涂层按温度划分为0 ~ 60 °C，60 ~ 120 °C，≥120 °C 3 种类型。其中，0 ~ 60 °C，属于常温条件，涂层对温度容忍性较好；60 ~ 120 °C，介质对材料的腐蚀速率增加；≥120 °C，在这一温度条件下，环境中的水已经蒸发，但在温度升高的过程中，水对材料有腐蚀作用。如果设备处于反复浸湿的条件，则材料表面会积聚盐垢，腐蚀速率较大。另外，常温涂层材料通常不能耐此温度条件，必须选择专用耐高温涂料3。

2 涂层防护要求

核电站设备涂层应具备以下性能：

(1)腐蚀与防护。该性能是指涂层对设备基体的保护作用。根据钢在不同介质中的腐蚀规律，腐蚀性较强的介质包括化学水、盐水（海水）、土壤等；腐蚀性一般的介质包括生活水、纯水、柴油、凝露和雨水等；腐蚀性较低的介质为润湿油、混凝土。

(2)外观标志。指设备表面涂层对环境的装饰、提醒功能，包括色泽和表面状况等。在核电站，涂层也用来标识设备内部介质的类型和状态。当涂层表面出现鼓泡、剥离、裂纹等特征，表示涂装不良或涂层自然老化，需要引起注意。

(3)去污染性。核电站的辐射控制区具有放射性扩散的风险，尤其是污染源经中介物再次传递给其它工作人员。因此，核电站专用涂层本身应不具备放射性，其次涂层表面的放射性污染要很容易去除。(4)脏污防护。核电站淡水、土壤、海水环境下均会发生生物附着。淡水、土壤环境中生物附着对设备材料具有一定的腐蚀作用，但不影响设备功能；海水中生物的附着，除对材料的腐蚀作用外，还会使设备流通面积减小，影响设备功能。故要求涂料表面光滑以减少生物附着，并配合电解制氯杀菌，必要时，还需涂装具有生物毒性的防污漆进行脏污防护。(5)附着力。附着力反映涂层状况的好坏。在核电站，涂层的附着力与核安全相关。应急工况下，如果安全壳、应急柴油箱内表面涂层呈片状剥落，就会有堵塞应急柴油机油路、核厂房排水槽、核厂房地坑过滤器的风险，从而影响核安全功能。

3 涂层管理要求

核电站对新、旧涂层的管理要求不同。涂层管理是为了使涂装材料达到规定的防护性能、涂装工艺满足设计要求。具体包括涂层材料选择、涂装工艺设计、涂装质量控制、检查与评估等。

(1)涂层材料选择：需根据环境介质、温度、防护要求、施工条件而选择涂料。对于核电站专用涂层，还应考虑涂料产品类型的配套性和连续性。

(2)涂装工艺设计：根据涂层材料的施工要求、现场施工条件，设计最佳涂装工艺，包括涂装配套、涂装厚度、表面处理、施工环境等。其中，涂装厚度与涂层预期寿命相关。此外，还应考虑涂层体系与其它保护措施的相容性，如在海水介质中，采用涂层 + 次氯酸钠的配套体系；在土壤介质中，采用涂层 + 阴极保护体系等。

(3)涂装质量控制：包括材料验证、表面处理、环境条件、施工间隔等。核电站一般在这些关键点设置W（见证点）、H（停工待检点）和R（报告点），以便对设备涂层进行全过程质量控制。

(4)检查与评估：目前国内已经开始对设备涂层进行预防性管理，其核心内容就是定期对电站设备涂层进行检查与评估，据此确定涂层是否需要局部维修或重新涂装。

核电站常规涂层技术管理（1）涂层材料的选择

核电站常规涂料的选择依据腐蚀与防护、外观要求进行。汽机厂房温度较高，环境介质为一般大气，可选择环氧为钢结构涂料，有机硅为设备涂料；温度超过120 °C 时，可选择无机富锌或银粉漆；环境介质为腐蚀性大气时，尽可能选择富锌底漆 + 环氧云铁中间漆；海水的腐蚀性较强，可选择氯化橡胶或乙烯基酯磷片涂料；土壤介质中，设备涂层一般为环氧煤沥青。

（2）涂装工艺

核电站常规涂层质保寿命为2 年，设计涂层干膜厚度150 ~ 500 μm。涂层表面应尽可能喷砂处理至Sa2.5，也可打磨至St3，专用清洗剂清洗。施工时，环境相对湿度≤85%，温度10 ~ 35 °C，现场温度高于露点温度3 °C。环境条件不满足以上要求时，选择湿固化涂料和低表面处理涂料。在施工中，往往由于环境条件、施工时间的限制而使涂料选择困难或存在质量问题。因此，核电站常规涂料在不具备一般施工要求时，可选择湿固化涂料和低表面处理涂料。湿固化涂料涂装后，可在潮湿条件下自然干燥，减少了涂层施工的总时间；低表面处理涂料可在有锈斑的钢材表面涂刷，从而降低涂装前表面处理的工作难度3。

总结核电工业是一个具有系统性、复杂性特点的大规模工业体系。在核电站技术引进的基础上，对目前营运核电站进行技术分析和管理经验总结，是解决核电站现场问题和加速我国核电站自主化建设的重要途径。目前，我国已经具有自主研发核电涂料的能力，但从核电站应用情况来看，所占市场份额有限，涂层性能有待改善，其主要因素正是核电涂料生产商对核电站设备涂层技术现状的认识有限。