核电厂保温层下管道腐蚀与涂层耐久性监测

2020-08-11付国庆沈新生林泽泉刘洪群

全面腐蚀控制 2020年2期

林斌付国庆沈新生林泽泉刘洪群薛飞

（苏州热工研究院有限公司，江苏苏州 215002）

0 引言

保温层下腐蚀（CUI，Corrosion Under Insulation）是指包裹保温材料的管道或设备外表面的一种腐蚀现象[1]。一般是由冷凝水进入保温系统而导致管道或设备外表面的局部腐蚀。当保温存在湿气时，极易发生电化学腐蚀和缝隙腐蚀，由于表层覆盖，腐蚀难以检测。随保温层内湿气不断积累，保温效果下降，金属表面涂层老化、鼓泡，金属基体腐蚀加剧。极端情况下，管道腐蚀穿孔泄露，引发安全事故。本文针对核电厂冷冻水管道引起保温层下腐蚀主要因素（温度、湿度）进行监测，并长期记录保温层下金属腐蚀电流与涂层阻抗变化，判断涂层的完整性与金属基材的腐蚀倾向。

1 保温层下管道涂层老化与腐蚀情况

某核电厂冷冻水管道，材质为A 1 0 6 G R.B（ASTM），保温层下存在涂层老化与管道腐蚀情况，如图1所示。冷冻水系统为主控室空调系统、电器厂房通风系统以及电缆层通风系统冷却盘管提供8℃冷冻水，冷冻水系统故障后电气厂房内温度升高最终会导致电厂机组停运。冷冻水管道是系统的重要组成部分，为了保证管道有效使用寿命，节省维修和管理费用，针对该系统部分管段开发监测设备，保温修复后安装监测系统，实时监测保温层下管道的腐蚀状态、温湿度和涂层耐久情况，评估管道修复效果。

图1 金属基体腐蚀与涂层老化破损

2 监测系统

CUI腐蚀监测、涂层耐蚀评估系统主要包含传感器、监测主机、供电模块等，基于腐蚀电化学原理，采用交流阻抗和电偶电流技术，通过安装在保温层下的各类传感器，将腐蚀电流、温湿度、阻抗等信息传递给处理单元，经信号转化、存储到主控模块，现场可通过蓝牙和数据下载器拷贝数据。

2.1 多功能腐蚀传感器

多功能腐蚀传感器基于电偶探针原理，通过监测待测金属失电子数来反应腐蚀速率，用于监测管道的腐蚀速率，同时，集成温湿度传感器，测定保温层内环境温、湿度变化情况，如图3及图4（a）、图4（b）所示。

图2 监测系统示意图

图3 腐蚀传感器测试原理图

图4 监测传感器示意图

2.2 涂层阻抗监测传感器

涂层阻抗监测传感器基于电化学阻抗谱（EIS）原理，传感器如图4（c）所示。涂层阻抗监测基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。从主控模块上获取阻抗谱图，根据数据可以计算出电化学响应的实部和虚部，获取阻抗幅模（|Z|）、相位移（θ）等变量。

3 试验测试与评定

3.1 试验测量

温湿度、腐蚀速率监测、涂层耐蚀性监测：将多功能腐蚀传感器沿管壁埋入保温层中，如图5所示。涂层阻抗传感器埋置于管道外壁保温层内，沿管道径向平面呈120°布置，多功能腐蚀传感器与涂层阻抗传感器分开布置，相隔距离控制在1～2m之间。长期监测保温层下各参数变化，判断保温层下涂层及金属本体的状态。

图5 腐蚀监测、涂层耐蚀评估系统安装示意图

3.2 结果与讨论

图6 温、湿度与阻抗值随时间的变化

3.2.1 温湿度、涂层耐蚀性监测图6为1年内保温层下温湿度以及阻抗值随时间的变化曲线，结果表明，1年内，保温层内温度变化不大，年均温度在8～10℃左右，相对湿度低于50%，表明保温层效果完好，未出现保温破损造成水汽进入保温造成冷凝水凝结的情况。保温层内布置3个点监测涂层的阻抗变化，3点阻抗值均在2～2.5×106Ω之间，且无较明显变化，说明涂层保持良好的耐蚀性能，间接验证保温层防护完整。

3.2.2 腐蚀电流监测

图7 腐蚀电流及电流密度随时间的变化

图7 （a）、（b）分别为腐蚀电流-时间和腐蚀电流密度-时间曲线，保温层内腐蚀电流在0～100 nA之间变化，电流密度在10-8A/cm2数量级，与图6（a）温湿度-时间曲线对比发现，在系统停运检修期间，即150～180d，腐蚀电流及电流密度出现明显上升，峰值区域时间跨度较大，保温层内温湿度以及腐蚀电流小幅增加，腐蚀趋势小幅增加[2]。