核电厂的电偶腐蚀

(苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

核电厂的电偶腐蚀

姜媛媛 费克勋

(苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

通过对国内某核电站设备发生的电偶腐蚀失效案例，分析引起电偶腐蚀发生的原因，以及采取的有效措施，最后对核电站电偶腐蚀提出腐蚀控制方法。

核电厂 电偶腐蚀

0 前言

电偶腐蚀就是自然腐蚀电位不同的金属在电解质中彼此电导通，电位低的材料成为阳极，促进腐蚀；电位高的材料成为阴极，抑制腐蚀，出现的电位低的材料腐蚀加速，电位高的材料受到保护的腐蚀现象[1]。因此，电偶腐蚀的发生有三个必要条件：有自腐蚀电位相差比较大的材料组成的电极对；电极对之间是电连通的；电极对置于电解质中，电导率越大对电偶腐蚀越有利。

核电厂海水循环系统的管道和设备具有材质多样、结构复杂、管径不均、连接点多等特点，因此电偶腐蚀成为循环水系统的一种重要的腐蚀形式，结果就是造成设备、管道材料的腐蚀破坏和失效。

1 电偶腐蚀典型案例

1.1 SEC/RRI系统热交换器附近的阀门阀瓣腐蚀严重

国内某核电厂SEC/RRI系统热交换器附近的阀门解体后检查，发现阀瓣腐蚀严重，并有穿孔、减薄、密封面贯穿等现象，腐蚀照片如图1所示。

图1 SEC/RRI系统热交换器附近阀门阀瓣腐蚀形貌

SEC系统绝大多数的阀门都是铝青铜阀门，阀瓣直接与海水直接接触，但是腐蚀只是发生在SEC/ RRI热交换器附近的阀门，其他位置如SEC泵进出口隔离阀、逆止阀和疏水阀都没有发生过阀瓣腐蚀问题。针对SEC/RRI换热器附近阀门阀瓣多次发生严重腐蚀的情况，进行了原因分析。SEC/RRI系统热交换是由钛板材料制成，而钛是非常耐腐蚀的材料，腐蚀电位比SEC系统中其他金属材料的腐蚀电位都高，在这样的情况下，以钛板为阴极，其他材料为阳极，海水为电解质溶液，通过管道、螺栓等部件连接，就组成了一个电偶腐蚀的电化学体系。因此，可以判断SEC/RRI换热器附近阀门阀瓣多次发生严重腐蚀的原因就是这些阀瓣遭受到了严重的电偶腐蚀，在这个电偶腐蚀体系中，体积较大的钛换热器充当了阴极，而体积较小的阀门充当了阳极，在海水的导通下组成了“大阴极、小阳极”，利于腐蚀的继续发展。

为了防止阀瓣继续发生腐蚀，对管板进行有效的保护，核电厂采用了在铝青铜蝶板表面喷涂HARLAR非金属涂层的方法提高耐腐蚀性能，该涂层可以防止海水介质与蝶板金属材料直接接触，有效地防止了电偶腐蚀的发生。使用HALAR涂层的阀门替代原铝青铜蝶板的阀门，现场运行状况良好，没有发生过蝶板腐蚀问题[2]。

1.2 凝汽器管板的腐蚀

国内某核电站凝汽器采用单管程换热，管板为铝青铜，传热管为钛，传热管与管板连接方式为胀接。水室内壁防腐最初采用玻璃鳞片涂料，运行4个周期后发现铝青铜管板表面盖满堆积物和铜绿，去除堆积物可见到较普遍存在的1.5～2.0mm深的局部腐蚀，腐蚀沿着钛管周围发展，1台水室发现2处腐蚀穿孔。后来采用氯丁橡胶对水室内壁进行防腐改造。凝汽器管板和换热管选用的材质不同，存在较高的电位差，又处在同一海水电解质溶液中，因此电偶腐蚀是管板发生腐蚀的主导因素。铝青铜的管板由于电位低而充当阳极，发生氧化反应被腐蚀；钛管由于电位高而充当阴极，受到保护。图2为凝汽器水室衬胶改造后一个循环凝汽器管板的腐蚀形貌。

图2 水室衬胶改造后凝汽器管板的腐蚀形貌

为了防止管板与钛管接触造成的电偶腐蚀，对管板进行有效的保护，该核电厂采用了提高管板电位的方法，在管板上安装外加电流阴极保护系统，对其进行阴极保护，防止它出现电化学腐蚀的情况，起到了良好的效果。

1.3 碎石过滤器上游管道腐蚀穿孔

国内某核电站碎石过滤器上下游海水管道采用碳钢加玻璃鳞片增强树脂涂层，碎石过滤器采用不锈钢材料，运行期间该段管段频繁出现管道腐蚀穿孔现象，且穿孔位置基本都位于搭设脚手架的牛腿处。经调研分析发现，牛腿处经常要搭设脚手架，易造成涂层破损，涂层破损后碳钢裸露在海水中，管道的碳钢和碎石过滤器的不锈钢在海水中形成腐蚀电偶对，发生电偶腐蚀，加速腐蚀的发生，导致牛腿处碳钢腐蚀严重。

为了防止该现象的发生，电站采取了一系列的防腐蚀改进措施，其中包括大修期间对该管段加装铝合金牺牲阳极进行防护。加装牺牲阳极后，该管道至今未出现过腐蚀穿孔的事件。

1.4 SRI系统海水换热器海水侧进出口阀门腐蚀

国内某核电站SRI系统海水换热器进出口隔离阀在大修解体时多次发现严重的腐蚀，腐蚀形貌如图3所示。阀瓣原始设计材料为铝青铜材料，后因腐蚀问题，更换为不锈钢材料，两种材料都发生了严重的腐蚀。铝青铜材料腐蚀较均匀，不锈钢则发生典型的点蚀。腐蚀后，往往造成阀瓣密封面破坏，造成阀门关闭不严。

图3 SRI海水换热器海水侧进出口阀门阀瓣腐蚀形貌

SRI海水换热器海水侧进出口阀门阀瓣腐蚀的原因，对于铝青铜阀瓣来说主要是SRI系统海水换热器钛板与阀瓣之间的电偶腐蚀；对于不锈钢阀瓣来说，该材料不能完全耐海水环境下的点蚀，电偶腐蚀对点蚀有促进作用。

2 腐蚀控制方法

核电站设备、管道、阀门设备众多，选材多种多样，面临的腐蚀环境复杂，因此在设计安装阶段就要考虑到材料的相容性，防止电偶腐蚀的发生。若在运行阶段发现电偶腐蚀现象，也应采取有效的措施进行跟踪和解决，防止或者减小电偶腐蚀的发生。电偶腐蚀控制方法[3]如下：

(1)在同一介质范围内，尽量使用同一材料，避免出现由于金属部件之间的电位差而造成的电偶腐蚀；

(2)若使不同的金属材料彼此连接在一起(混合结构)，设计时应考虑金属之间彼此绝缘，以完全保护部件，使之不产生电偶腐蚀，可用绝缘套管、绝缘片、绝缘夹和绝缘膏使之完全绝缘；

(3)电化学保护的方法，采用外加电流阴极保护或者安装牺牲阳极的方法。

[1] 张家倍, 马琳伟, 鲁红权等编著. 核电运行技术支持[M]. 上海:上海科学技术出版社, 2010, 1: 138.

[2] 马普东. 核电站海水系统蝶阀蝶板腐蚀原因分析及处理[J]. 阀门, 2008(5), 37-40.

[3] (英)V．R. 普路德克著, 郑定绪, 林衡等译. 腐蚀控制与设计[M].北京: 石油工业出版社, 1983, 2: 73.

Galvanic Corrosion of Nuclear Power Plant

JIANG Yuan-yuan, FEI Ke-xun
(Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004, China)

By researching corrosion failure cases of galvanic corrosion in nuclear power plant, the corrosion failure of galvanic corrosion were analyzed.And effective measures were adopted. It also provided some control methods and measures on anti-corrosion.

nuclear power plant; galvanic corrosion

TM623.7

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.11.040.02

姜媛媛 (1983－) ，女，湖南邵阳人，工程师，硕士研究生，主要从事核电站腐蚀与防护方面的应用和研究。