核電站設備塗裝技術

核電站設備塗裝技術是指由專業機構用專業的方法將有機高分子材料塗覆於核電站鋼結構、設備、混凝土設備表面的技術。該材料不含水泥砂漿、橡膠、塑膠等。核電站設備塗層的分類是依據核電站塗層管理要求、環境條件而定，其目的是實現核電站塗層的系統化、規範化管理。

基本介紹

• 中文名：核電站設備塗裝技術
• 外文名：Coating technology for plant equipment
• 類型：設備塗裝技術
• 地點：核電站
• 領域：能源
• 學科 ：核能

簡介

在核電站，塗層除具有防止腐蝕、方便去污和美化環境等功效之外，還要求不影響核安全功能。我國已投用核電機組的設備多由國外引進，其設備塗層設計符合國外核電站管理要求及運行環境，但它套用於國核心電站就會出現一些局部的不適應。另外，核電站設備塗層的設計壽命一般不超過10 年，隨著機組運行時間的延長，核電設備塗層逐漸出現破損和老化現象。如1991 年投用的秦山一期核電站已經有近18 年的運營歷史，目前總計有11 個運營核電機組。因此，對核電站開展設備塗層功能有效性、可替代性、可維修性評估具有重要意義。

核電站設備塗層分類及技術要求

核電站設備塗層指塗覆於核電站鋼結構、設備、混凝土設備表面的有機高分子材料，不含水泥砂漿、橡膠、塑膠等。核電站設備塗層的分類是依據核電站塗層管理要求、環境條件而定，其目的是實現核電站塗層的系統化、規範化管理。

1 塗層分類

（1）按區域劃分

壓水堆核電機組可劃分為核廠房、汽機廠房、其它廠房，見圖1。核電設備塗層根據核電站廠房功能和分布區域的不同而有不同的套用環境和性能要求。其中，核廠房（包括安全殼、核輔助廠房、核廢料廠房）及其他核電站重要安全設備塗層可定義為核電專用塗層，它應滿足核電站特殊的性能要求；汽機廠房、其它廠房（包括海水泵站、制氯站、制氫站、化學水廠房）及核電站辦公區域塗層等為核電常規塗層，其性能要求與其它工業塗層性能要求一致，取決於設備所處的環境條件及防護要求。

（2）按環境介質分類

核電站環境可分為大氣、浸沒介質、輻射、陽光四種類型。大氣環境包括一般性大氣、腐蝕性大氣、凝露和雨水。而一般性大氣指通風良好、濕度適宜的大氣條件；腐蝕性大氣指鹽霧、乾濕交替或濕度較高的條件；凝露和雨水指材料表面存在結露、雨水積存等。大氣環境條件決定了塗層破損的類型和基體的腐蝕速率。核電站浸沒介質主要有水、土壤、油等。其中，水介質包括生活水、純水、鹽水和化學水；土壤包括混凝土和土壤兩種情況；油介質包括柴油和潤滑油。浸沒介質中水是最主要的去腐蝕劑；生活水是只經過簡單過濾處理的淡水，具有較低的鹽度；純水是經反滲透或樹脂交換製成的鹽含量極低的水；鹽水是指溶解有過量中性鹽的溶液（海水是典型的鹽水）；化學水是指含酸、鹼的水。土壤中含水會提高土壤電導率並滋生微生物，油中含水會在儲油容器的下部形成沉積。輻照是核電站輻射控制區所特有的環境條件，輻照促使設備表面塗層劣化。

（3）溫度

環境溫度加速設備材料的腐蝕和塗層劣化。根據核電站設備塗層套用的環境溫度不同，可將塗層按溫度劃分為0 ~ 60 °C，60 ~ 120 °C，≥120 °C 3 種類型。其中，0 ~ 60 °C，屬於常溫條件，塗層對溫度容忍性較好；60 ~ 120 °C，介質對材料的腐蝕速率增加；≥120 °C，在這一溫度條件下，環境中的水已經蒸發，但在溫度升高的過程中，水對材料有腐蝕作用。如果設備處於反覆浸濕的條件，則材料表面會積聚鹽垢，腐蝕速率較大。另外，常溫塗層材料通常不能耐此溫度條件，必須選擇專用耐高溫塗料。

2 塗層防護要求

核電站設備塗層應具備以下性能：

(1)腐蝕與防護。該性能是指塗層對設備基體的保護作用。根據鋼在不同介質中的腐蝕規律，腐蝕性較強的介質包括化學水、鹽水（海水）、土壤等；腐蝕性一般的介質包括生活水、純水、柴油、凝露和雨水等；腐蝕性較低的介質為潤濕油、混凝土。

(2)外觀標誌。指設備表面塗層對環境的裝飾、提醒功能，包括色澤和表面狀況等。在核電站，塗層也用來標識設備內部介質的類型和狀態。當塗層表面出現鼓泡、剝離、裂紋等特徵，表示塗裝不良或塗層自然老化，需要引起注意。

(3)去污染性。核電站的輻射控制區具有放射性擴散的風險，尤其是污染源經中介物再次傳遞給其它工作人員。因此，核電站專用塗層本身應不具備放射性，其次塗層表面的放射性污染要很容易去除。(4)髒污防護。核電站淡水、土壤、海水環境下均會發生生物附著。淡水、土壤環境中生物附著對設備材料具有一定的腐蝕作用，但不影響設備功能；海水中生物的附著，除對材料的腐蝕作用外，還會使設備流通面積減小，影響設備功能。故要求塗料表面光滑以減少生物附著，並配合電解制氯殺菌，必要時，還需塗裝具有生物毒性的防污漆進行髒污防護。(5)附著力。附著力反映塗層狀況的好壞。在核電站，塗層的附著力與核安全相關。應急工況下，如果安全殼、應急柴油箱內表面塗層呈片狀剝落，就會有堵塞應急柴油機油路、核廠房排水槽、核廠房地坑過濾器的風險，從而影響核安全功能。

3 塗層管理要求

核電站對新、舊塗層的管理要求不同。塗層管理是為了使塗裝材料達到規定的防護性能、塗裝工藝滿足設計要求。具體包括塗層材料選擇、塗裝工藝設計、塗裝質量控制、檢查與評估等。

(1)塗層材料選擇：需根據環境介質、溫度、防護要求、施工條件而選擇塗料。對於核電站專用塗層，還應考慮塗料產品類型的配套性和連續性。

(2)塗裝工藝設計：根據塗層材料的施工要求、現場施工條件，設計最佳塗裝工藝，包括塗裝配套、塗裝厚度、表面處理、施工環境等。其中，塗裝厚度與塗層預期壽命相關。此外，還應考慮塗層體系與其它保護措施的相容性，如在海水介質中，採用塗層 + 次氯酸鈉的配套體系；在土壤介質中，採用塗層 + 陰極保護體系等。

(3)塗裝質量控制：包括材料驗證、表面處理、環境條件、施工間隔等。核電站一般在這些關鍵點設定W（見證點）、H（停工待檢點）和R（報告點），以便對設備塗層進行全過程質量控制。

(4)檢查與評估：目前國內已經開始對設備塗層進行預防性管理，其核心內容就是定期對電站設備塗層進行檢查與評估，據此確定塗層是否需要局部維修或重新塗裝。

核電站常規塗層技術管理

（1）塗層材料的選擇

核電站常規塗料的選擇依據腐蝕與防護、外觀要求進行。汽機廠房溫度較高，環境介質為一般大氣，可選擇環氧為鋼結構塗料，有機矽為設備塗料；溫度超過120 °C 時，可選擇無機富鋅或銀粉漆；環境介質為腐蝕性大氣時，儘可能選擇富鋅底漆 + 環氧雲鐵中間漆；海水的腐蝕性較強，可選擇氯化橡膠或乙烯基酯磷片塗料；土壤介質中，設備塗層一般為環氧煤瀝青。

（2）塗裝工藝

核電站常規塗層質保壽命為2 年，設計塗層乾膜厚度150 ~ 500 μm。塗層表面應儘可能噴砂處理至Sa2.5，也可打磨至St3，專用清洗劑清洗。施工時，環境相對濕度≤85%，溫度10 ~ 35 °C，現場溫度高於露點溫度3 °C。環境條件不滿足以上要求時，選擇濕固化塗料和低表面處理塗料。在施工中，往往由於環境條件、施工時間的限制而使塗料選擇困難或存在質量問題。因此，核電站常規塗料在不具備一般施工要求時，可選擇濕固化塗料和低表面處理塗料。濕固化塗料塗裝後，可在潮濕條件下自然乾燥，減少了塗層施工的總時間；低表面處理塗料可在有銹斑的鋼材表面塗刷，從而降低塗裝前表面處理的工作難度。

總結

核電工業是一個具有系統性、複雜性特點的大規模工業體系。在核電站技術引進的基礎上，對目前營運核電站進行技術分析和管理經驗總結，是解決核電站現場問題和加速我國核電站自主化建設的重要途徑。目前，我國已經具有自主研發核電塗料的能力，但從核電站套用情況來看，所占市場份額有限，塗層性能有待改善，其主要因素正是核電塗料生產商對核電站設備塗層技術現狀的認識有限。