核电站PTR换料水箱地脚螺栓注蜡防腐蚀

苗学良，忻 勇，刘洪群，张 维，边春华

（1.中核核电运行管理有限公司二厂，海盐314300；2.苏州热工研究院有限公司，苏州215004）

反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统（PTR系统）是核电站的核安全相关系统。该系统中用于储存安注和安喷所需硼酸水溶液的水箱，称为PTR换料水箱。

PTR换料水箱的有效容积为1 600m3，能保证在失水事故（LOCA）后同时向两台安全壳喷淋泵、两台低压安注泵和三台高压安注泵中的两台供水约20min。

PTR换料水箱地脚螺栓发生腐蚀会影响螺栓强度，存在降低PTR水箱的抗震等级的风险[1]。换料水箱是抗震1F级设备（抗震1F级的定义为专设安全设施及其支持系统中的非能动设备，在经受到极限安全地震动荷载作用下要求保证其功能的设备和部件[2]）。PTR换料水箱及地脚螺栓示意图见图1。

在对某核电站PTR换料水箱地脚螺栓进行腐蚀检查时，发现地脚螺栓普遍存在锈蚀问题，螺栓与地板交汇处涂层破损，锈蚀情况较多，见图2。为了避免螺栓进一步腐蚀，需对其采用适当的防腐蚀措施以防止腐蚀的进一步发生。

为了使PTR换料水箱具有更好的抗震性，工程部门在地脚螺栓锚固件间焊接了垫块，见图3。在焊接垫块后，常规的防腐蚀措施难以对螺栓进行防护。因此，本工作自主设计了一套注蜡设备，采用灌注石蜡的方式进行防腐蚀。本文简单介绍了地脚螺栓的腐蚀机理及注蜡工艺。

1 地脚螺栓腐蚀机理

1.1 电偶腐蚀机理

PTR罐体材质为00Cr19Ni10，锚固件为相同材质。地脚螺栓采用40CrMoA。根据现场情况，地脚螺栓底部潮湿，易于积聚含氯离子的积水，在加上不同材质之间电连接，阳极将会发生电偶腐蚀[3]。

1.2 海洋大气环境下的腐蚀

PTR换料水箱由于结构的原因底部容易积水。在水的作用下，金属发生阳极溶解，溶解的金属离子发生水解，反应中生成的H＋还会向金属内部渗透扩散，在金属与涂料之间积聚成氢分子，在涂料层和进水间形成气泡，使涂层发生剥离[4]。

PTR换料水箱为贯穿式地脚螺栓，螺杆、中心地板和混凝土地板之间的间隙容易积水，是腐蚀的敏感部位，一旦积水，就难以清理。大气中的盐分、固体颗粒等也在此处。沉积增加了电导和腐蚀性，导致螺杆全面腐蚀，最终导致螺杆直径骤减，且强度大幅度下降。此处附近的防护涂层，长期在恶劣的环境中，加速了其老化失效，最终开裂、脱落。

1.3 酸洗液残留造成的腐蚀

PTR换料水箱在安装后均采用酸洗钝化进行防腐蚀处理，在处理过程中，酸洗液极易渗入地脚螺栓孔内并残留，形成侵蚀性环境。残留的酸洗液聚集在地脚上，并顺着螺母垫片处渗入到螺杆与地脚螺栓孔以及混凝土孔之间。螺栓外表面与地脚螺孔内表面的间隙约1mm，而螺栓与混凝土之间的缝隙更小，随着螺栓在残留液中发生腐蚀，间隙中腐蚀产物聚集，很容易形成缝隙环境。在酸洗液中同时含有较高的硫、氯、氟元素等有害元素，导致螺栓严重的缝隙腐蚀[5]。

2 地脚螺栓注蜡防腐蚀施工

2.1 地脚螺栓防腐蚀材料

地脚螺栓采用法国某公司生产的石蜡产品进行防腐蚀。该石蜡特性见表1。该款石蜡的闪点、燃点温度较高，现场使用危险性较小；体积膨胀率小：凝固后不会产生收缩，能充分包裹住地脚螺栓。

表1 石蜡特性

2.2 注蜡设备

根据换料水箱所在位置、现场情况、设备图纸等，设计了一套注蜡设备。其工作原理是将膏状的石蜡投入到注蜡罐中，将其加热融化后，利用压缩空气将液态石蜡压入到地脚螺栓的缝隙中去。加热器设计了2个，当两个加热器同时工作时，可以快速加热融化石蜡，在注蜡时仅需一个小功率的加热器保温即可。对注蜡罐的排放管包裹加热带，在注蜡前将加热带加热，保证石蜡在进入螺栓前的温度，可以有效保证石蜡在螺栓内充分充满。注蜡设备简图见图4。

2.3 施工过程及结果

在注蜡前，利用压缩空气吹扫地脚螺栓垫板内部空隙以便对垫板内部进行清洁，见图5（a）。

将地脚螺栓其余三个孔封堵，仅留一个孔进行注蜡，见图5（b）。

做好准备工作并融化石蜡后，开始注蜡。注蜡以液态石蜡溢出为注满，每个间隙的注蜡量都经过计算，以保证最小注蜡量。

注蜡结束后，对注蜡罐周边进行清理，对孔隙进行打磨，用封堵材料将孔隙封堵。石蜡饱满情况及封堵情况，见图6。

3 结束语

核电站大型设备地脚螺栓是核电站最容易发生腐蚀问题的部件之一。由于其施工精度要求高、难度大，并且在防腐蚀施工后难以检测其防腐蚀情况，更换成本高，在核电站整体防腐蚀工作中逐渐成为工作的难点。

地脚螺栓注蜡施工工艺在该核电厂属于第一次实施，且注蜡设备均为自己研发制造，在延缓地脚螺栓的腐蚀的同时，保证换料水箱的抗震强度，为其他在建的各核电新项目提供了相关经验。

[1]Chang T Y.Regulatory analysis for the resolution of generic safety issue 29：Bolting degradation or failure in nuclear power plants[R].U.S.Nuclear Regulatory Research，1991.

[2]GB／T 2017569－1998 压水堆核电厂物项分级[S].

[3]杨德均，沈卓身.金属腐蚀学[M].北京：冶金工业出版社，1999.

[4]王柱，乔培鹏.核电站不锈钢容器地脚螺栓的腐蚀防护[J].腐蚀与防护，2011，32（8）：664－666.

[5]陈春辉，左修明.大亚湾核电站核岛容器地脚螺栓被腐蚀现象分析[J].通用机械，2009，9（1）：71－73.