AP1000建造过程中不锈钢材料、部件的保护管理

2014-01-18

全面腐蚀控制 2014年1期

关键词：缝隙不锈钢阀门

(国核工程有限公司，上海 200233)

张耀

(国核工程有限公司，上海 200233)

本文就AP1000建造过程中不锈钢部件的失效模式、保护风险进行分析，提供不锈钢保护管理的应对策略。

AP1000核电不锈钢保护管理

0 引言

不锈钢是在普通碳钢基础上，加入一组铬的质量分数大于12%合金元素的钢材，足量铬元素使钢材表面形成一层(FeCr)2O3钝化膜。不锈钢表面钝化膜的存在，使钢基体具有天然的防环境氧化作用的屏障，从而使不锈钢具有良好的防腐蚀性能。不锈钢不易生锈的特点，降低了不锈钢在辐射环境中辐照活动和放射性沾污，从而使辐射污染得以控制，这是不锈钢材料、部件在核电站被大量使用的原因。

为确保核电站不锈钢部件功能防腐蚀、防放射性污染扩散，建造期间对不锈钢材料、部件实施有效保护非常重要。AP1000核电采用平型施工的建造技术，即整个建造过程，采用同期安排同一标高范围内的土建、安装活动，见图1。这种建造次序使建造过程，AP1000不锈钢材料、部件更多地暴露于大气环境中，从而大大增加了不锈钢材料、部件的保护失效风险。

图1 AP1000建造平行施工示意

1 不锈钢保护失效模式分析

不锈钢材料、部件保护不到位所导致的结果为污染和腐蚀；而受污染或腐蚀的不锈钢可在现场存储或正常运行期间出现功能下降或失效[1]。因此，AP1000建造过程不锈钢应以污染和腐蚀的预防和控制为出发点，结合AP1000建造技术特点和部件功能要求进行过程保护管理。总结AP1000不锈钢失效模式可分为四类，具体为：

(1) 表面污染。

洁净不锈钢表面呈现银白色的金属本色，建造过程中不锈钢污染的形式有：粘泥沉积、垃圾沾污、铁锈污染、灰尘和泥砂，图2为不锈钢污染的实际例子。

图2 不锈钢表面污染示意图

(2) 常压条件下的腐蚀：点蚀、缝隙腐蚀。

与碳钢相比，不锈钢在存在积液的环境中更容易发生点蚀、缝隙腐蚀。腐蚀产生的局部条件见图3、图4，即首先不锈钢表面的积液溶解空气中存在的卤素离子，这些积液将对不变钢表面的钝化膜产生破坏作用；其次，不锈钢表面有沉积物时，积液局部浓缩，持续向下侵蚀，形成点蚀；或者不锈钢表面构成缝隙时，积液在缝隙区局部滞留破坏钝化层，发生电化学作用，形成缝隙腐蚀。

图3 不锈钢表面点蚀示意图

图4 不锈钢缝隙腐蚀示意图

(3) 拉应力条件下的腐蚀：应力腐蚀。

在含有盐分或其它卤素元素的气体或液体介质中，不锈钢表面缺陷(点蚀、微裂纹)会在拉应力作用下出现腐蚀加速，腐蚀产生的局部条件见图5。建造期间，不锈钢部件拉应力往往来源于焊接残余应力、安装精度的超差。

图5 不锈钢在拉应力作用下应力腐蚀示意图

(4) 不锈钢撞损：钢板变形、坡口损伤、凹坑。不锈钢受到外物铁基金属撞击或刮擦会使不锈钢表面产生变形、钝化膜损伤、凹坑，使不锈钢局部拉应力增加，钝化膜破裂，图6为不锈钢表面发生撞损后的缺陷示意图。

图6 撞损后不锈钢表面缺陷示意图

2 AP1000建造过程不锈钢保护风险分析

AP1000核电不锈钢材料、部件类型根据金相组织分类，有：马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢；根据不锈钢部件的功能分类，可概括为：不锈钢耗材、不锈钢管道、不锈钢阀门、不锈钢设备、不锈钢部件等，具体见表1。

(1) 不锈钢耗材的保护风险：AP1000不锈钢耗材包括保温盒、风管、钢板、角钢、焊材等。这类材料不属于压力边界，建造过程中没有应力腐蚀风险；但是这类材料量多面广，表面污染会普遍存在。

(2) 不锈钢管道的保护风险：不锈钢管道材料为奥氏体不锈钢，属于压力边界，管道内部含卤素、悬浮物的积液有导致管道内表面点蚀、缝隙腐蚀的风险；管道坡口保护不到位的条件下，易于发生撞损；管道外表面污染在AP1000建造过程中普遍存在。

(3) 不锈钢阀门的保护风险：不锈钢阀门属于压力边界，阀门内杂物可导致阀门损坏；阀门法兰密封面应保持清洁无污染；阀门外表面会存在少量污染。

表1 AP1000建造过程不锈钢风险分析

(4) 不锈钢设备的保护风险：AP1000不锈钢设备包括：箱罐、容器、换热器、泵体等[2]。不锈钢设备材料以奥氏体不锈钢为主，属于压力边界，设备内部含卤素、悬浮物的积液有导致设备内壁点蚀、缝隙腐蚀的风险；不锈钢换热管如果存在积液滞流，发生这类腐蚀的风险极大。AP1000建造过程中不锈钢设备外表面常常会发生积灰、锈水污染。相对于奥氏体不锈钢、由双相不锈钢制成的箱体，耐较高浓度含卤素溶液侵蚀性能更好，发生点蚀、缝隙腐蚀的风险较低。

(5) 不锈钢部件的保护风险：AP1000不锈钢部件包括五金件(螺栓、螺母、垫片)、支撑支架、法兰、地漏、孔板、滤网等，不属于压力边界；螺栓受污染后在高湿度环境下放置，有应力腐蚀风险；AP1000建造过程中，不锈钢部件的风险主要为表面污染。

3 AP1000建造过程不锈钢保护和应对策略

AP1000建造过程不锈钢保护是涉及施工材料、工序安排、现场管理、纠正措施等方面，需要施工单位思想上的高度重视、管理上的周密安排，具体的应对策略总结如下：

(1) 施工材料：不锈钢保护在施工材料方面的出发点是尽一切措施避免碳钢与不锈钢的直接接触、不锈钢表面污染，主要措施为：①选择镀锌钢管、架板作为脚手架材料。②靠近不锈钢一侧脚手架端部安装可拆式塑料套。③不锈钢部件上方裸露碳钢部件应进行油漆保护。④不锈钢耗材、部件的现场存放的防尘、防水管理。⑤对施工现场任何非设计许可的碳钢与不锈钢接触发布质量问题通知单，要求责任单位立即整改。

(2) 工序安排：不锈钢保护在工序安排方面的基本要求是，将交叉作业对不锈钢部件的表面污染尽可能降低，主要措施为：①厂房未封闭前，尽量减少不锈钢耗材、部件的引入。②现场大部分不锈钢材料在移交前需进行酸洗钝化，需合理安排酸洗钝化的时机。③同一空间内，上方大量安装未实施前，避免下方不锈钢部件先行安装。

(3) 现场管理：不锈钢保护在现场管理方面的要求是采取一切措施降低不锈钢部件表面污染，包括：①对先期安装就位的不锈钢设备进行包裹保护。②对现场所有管道、阀门端口进行封堵。③建立现场积水快速清理的管理制度。④建立现场环境卫生包干负责制。⑤防护措施不到位，不锈钢部件上方不充许进行喷砂、打磨作业。⑥贯彻并检查现场施工活动“工完料尽场地清”要求。⑦定期进行不锈钢物项表面污染巡查，并跟踪处理结果。⑧存在踩踏风险不锈钢，安装完成后，要求搭设专人员穿行通道、或施工人员穿保护鞋套。

(4) 纠正措施：必须认识到AP1000建造过程，不锈钢表面污染难以避免，对不锈钢部件进行污染消除的有效办法包括：①以去离子水对不锈钢钢表面进行擦拭。②以不含卤素的有机溶剂对不锈钢表面油污进行清理。③以酸洗钝化工工艺对不锈钢表面进行清洁恢复。