防腐涂裝2

 核電站用涂料系統(tǒng)，作為核電站建設(shè)必不可少的重要組成部分，承載著保護(hù)核電站內(nèi)包括金屬、混凝土在內(nèi)各部分結(jié)構(gòu)，免受環(huán)境中多種腐蝕因素侵蝕的重任，因此，在選擇對應(yīng)配套的涂層系統(tǒng)上，核電建設(shè)者們必須審慎對待。

  因為核電站需要大量的冷卻水，所以我國建設(shè)和計劃建設(shè)的大部分核電站均在海邊，所有的設(shè)備和建筑物不僅要承受陽光暴曬和風(fēng)吹雨打，還會受到鹽霧、海水和潮氣的侵蝕，極易受到腐蝕，相關(guān)設(shè)備所選用的涂裝防護(hù)系統(tǒng)不僅要具有良好的防腐性能，同時要求漆膜堅硬耐沖擊并具有良好的耐候性、耐水性、附著力強和裝飾等諸多性能。

    以大亞灣核電站為例，室內(nèi)金屬構(gòu)件主要采用磷酸鋅環(huán)氧聚酰胺底漆/聚酰胺環(huán)氧苯酚面漆或環(huán)氧云母氧化鐵涂料/高固體份環(huán)氧涂料；

  室外金屬構(gòu)件主要采用含硅或環(huán)氧富鋅底漆/聚酰胺環(huán)氧乙烯中間漆/脂肪族聚酯聚氨酯面漆或環(huán)氧富鋅涂料，以及環(huán)氧云母氧化鐵涂料。

  1 、核電站主要涂裝部位

    a 核島內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)、安全殼

    b 核島內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)

    c 常規(guī)島、BOP（電站配套設(shè)施）鋼結(jié)構(gòu)/混凝土結(jié)構(gòu)等

    d 風(fēng)道、管道

    e 各類儲罐（油、水、化學(xué)品）

    f 埋地件

    g 與液體介質(zhì)接觸部位等。

  2 、核電站防腐涂裝主要引用標(biāo)準(zhǔn)

  我國核電發(fā)展起步較晚，核電技術(shù)主要引進(jìn)自法國和美國，如最新建設(shè)的浙江三門核電站兩臺機組就來自美國西屋第三代最先進(jìn)的AP1000，所采用的標(biāo)準(zhǔn)和測試方法也基本參照了美國和法國所制定的標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法。

  2.1、 EJ/T 1086-1998《壓水堆核電廠用涂料 漆膜在模擬設(shè)計基準(zhǔn)事故條件下的評價測試方法》（本標(biāo)準(zhǔn)采用：ASTM D 3911-1995《輕水堆核電廠用涂料在模擬設(shè)計基準(zhǔn)事故條件下的性能和可修補性試驗方法》和NF T30-900-1996《色漆和清漆 核工業(yè)用涂料在設(shè)計基準(zhǔn)事故條件下的性能和可修補性試驗方法》）

  2.2、 EJ/T 1087-1998《壓水堆核電廠用涂料耐化學(xué)介質(zhì)的測定》（本標(biāo)準(zhǔn)采用：ASTM D 3912-1995《輕水堆核電廠用涂料耐化學(xué)性的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》）

  2.3、 EJ/T 1111-2000《壓水堆核電廠用涂料 漆膜受γ射線輻照影響的試驗方法》（本標(biāo)準(zhǔn)綜合采用：ASTM D 4082-1995《輕水堆核電廠中涂層受γ射線輻照影響的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》和NF T30-903-1998《色漆和清漆 核工業(yè)用涂料在電離輻照下穩(wěn)定性的試驗》）

  2.4、EJ/T 1112-2000《壓水堆核電廠用涂料 漆膜可去污性的測定》（本標(biāo)準(zhǔn)等效采用：NF T30-901-1995《色漆和清漆 核工業(yè)用涂料沾污敏感性和去污能力的評價試驗方法》）

  2.5、RCCM-2000（法國）《壓水堆核島機械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則》

    （注：ASTM 美國材料與試驗協(xié)會，    NF 法國標(biāo)準(zhǔn)的代號）

  3 、核電站防腐涂料及其涂層系統(tǒng)

  3.1、核島內(nèi)涂料。核島內(nèi)涂層除了防腐蝕要求外，還應(yīng)具備耐核輻射能力，并且要容易去污，對其中某些設(shè)備和部位，例如核燃料的貯槽和輸送管道等，還必須具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性和吸收射線能力，以防止放射源周圍環(huán)境受到污染。

  3.1.1、核島內(nèi)涂料的試驗方法

  3.1.1.1、耐輻照性能試驗

  對核電站所用涂料，一般要求至少能耐10⁹rad的劑量，研究發(fā)現(xiàn)，在聚合物結(jié)構(gòu)中，如果主鏈和支鏈上帶有芳香環(huán)，則其耐輻射性好，受核輻射引起的降解輕微，而不帶芳香環(huán)的聚合物，如聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸脂等，在核輻射下易降解。

  這是因為苯環(huán)中的碳碳除了σ鍵外還有離域大π鍵的作用，這種近乎于雙鍵的性質(zhì)使得碳碳鍵較為穩(wěn)定，在核輻射下不易破壞而降解，有機硅涂料是目前耐核輻射劑量最高的，可達(dá)10¹¹rad，其原因也在于硅氧鍵名為單鍵，但實際上硅氧鍵的部分離子化，O的孤電子對與Si的3d空軌道發(fā)生反饋重疊而生成第二個鍵，使得Si-O鍵能達(dá)到422.5KJ/mol，超過C-C單鍵345.6KJ/mol，在核輻射下更穩(wěn)定。

  以下是13種涂料耐輻射的最大劑量

    涂料名稱                耐輻射的最大劑量/Mrad   

  二苯基硅氧烷                  5000

  酚醛                         5000

  環(huán)氧酚醛                      5000

  催化型環(huán)氧                    5000

  苯乙烯                       5000

  乙烯基咔唑                    4000

  瀝青涂料                     2000

  聚氨酯                       1000

  三聚氰胺甲醛                  1000

  脲-三聚氰胺                   500

  聚乙烯醇縮丁醛                 500

  硝基纖維素涂料                 100

  醋酸纖維素涂料                 50

 

  3.1.1.2、去污染性能

  涂層經(jīng)受核輻射后，表面會留下放射性污染物，所謂去污染性能，就是指污染之后的涂層表面上的放射性污染物能夠被消除或減少到相當(dāng)?shù)偷某潭取?/span>

  用除污率DI、去污因子DF和去污百分?jǐn)?shù)A來表示，它們關(guān)系如下：

  DF=去污前的放射/去污后的放射

  A=1-1/DF

  DI=lg DF

  說明：當(dāng)DF為20時，A為95%，表示去除了95%的污染物，當(dāng)DF為100時，A為99%，去除了99%的污染物。

  涂層的去污染性能在很大程度上取決于其表面性質(zhì)和表面狀態(tài)，如果表面均勻、平滑、致密和堅硬，則不易吸附放射性污染物，且能耐去污劑的多次洗滌。

  試驗方法按照EJ/T1112，國內(nèi)核島涂裝的驗收要求是去污率不低于85%，沾污敏感率不大于20%，據(jù)傳，應(yīng)用于法國所有核電站的Peintures Maestria涂料，其去污率高達(dá)94.8%。

  3.1.1.3、冷卻劑事故損失試驗（LOCA試驗）也叫做漆膜在模擬設(shè)計基準(zhǔn)事故條件下穩(wěn)定性試驗（DBA試驗）

  在核反應(yīng)堆運轉(zhuǎn)過程中，必須考慮冷卻劑因事故而損失的可能性，LOCA試驗方法是把試樣放在高溫高壓容器中，將pH約為9、含3000mg/Kg的硼酸水溶液噴入，經(jīng)規(guī)定的周期試驗后取出樣板，檢查評定，樣板涂層不得有任何損壞，否則判定涂層系統(tǒng)不合格。

  在DBA模擬事故中，管道內(nèi)會瞬間產(chǎn)生伴隨大量放射性物質(zhì)的高溫高壓水蒸氣，因此管道內(nèi)涂層需要具有高的干膜密度，以便脫落的涂層碎片進(jìn)入循環(huán)水后能沉降下來，不隨水流遷移，否則進(jìn)入反應(yīng)堆冷卻回路，導(dǎo)致泵、噴嘴管線堵塞而引發(fā)更大事故。

  因此，管道內(nèi)壁涂裝多采用高固體份環(huán)氧涂料，不僅只是為了滿足施工環(huán)保，降低VOC的要求，還是為了提高干膜密度而做的設(shè)計。

  3.1.1.4、耐化學(xué)介質(zhì)試驗

  核島內(nèi)常見的氣體腐蝕介質(zhì)有氧化氮、氯、氟等，液體腐蝕介質(zhì)有硝酸、硫酸、檸檬酸等，這些腐蝕介質(zhì)中最常遇到的是氧化氮和硝酸，涂層除必須耐核輻射外，還要耐腐蝕，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

  3.1.1.5、核島內(nèi)各種裝置在不同部位所接受的輻射劑量不同，靠近輻射源是高能輻射，遠(yuǎn)處是低能輻射，還有，不同設(shè)備和不同部位的耐熱性、電絕緣性以及耐老化等其他方面的性能要求。

  綜合核島內(nèi)涂裝技術(shù)要求，環(huán)氧樹脂在抗LOCA試驗、去污、抗輻射、抗鹽霧、抗磨損、附著力、抗老化、耐高溫等方面綜合性能突出，因此在核電涂裝中應(yīng)用較廣，市場上很多核電涂料產(chǎn)品，比如武漢鵬鑫機電設(shè)備有限公司代理銷售的核電涂料，就以環(huán)氧類居多。

 

  3.2、非核區(qū)涂料（對腐蝕環(huán)境的劃分）

  處于室內(nèi)外的大氣環(huán)境（包括室內(nèi)外的海洋氣候）的金屬鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)ISO12944-2《腐蝕環(huán)境分類》的規(guī)定，將非核區(qū)域細(xì)致劃分，根據(jù)金屬和混凝土結(jié)構(gòu)所處的腐蝕環(huán)境正確選擇配套的涂層系統(tǒng)。

 

  腐蝕等級                                

  C1 很低          外部： ------------------

                  內(nèi)部：空氣潔凈環(huán)境下有供暖設(shè)施的建筑，如辦公室、商店、學(xué)校

  C2 低            外部：輕度的大氣污染，鄉(xiāng)村

                  內(nèi)部：有冷凝發(fā)生，沒有供熱設(shè)施的地方，如庫房、體育館

  C3 中            外部：城市工業(yè)大氣，中等的二氧化硫污染，低鹽度沿海

                  內(nèi)部：高濕度和有污染空氣的生產(chǎn)場所，如食品加工廠，洗衣廠，酒廠

  C4 高            外部：高鹽度的工業(yè)區(qū)和沿海區(qū)

                  內(nèi)部：化工廠、船廠

  C5-I很高（工業(yè)）  內(nèi)部：高濕度和侵蝕性大氣的工業(yè)區(qū)

                  外部：總是有冷凝和高濕度的建筑和區(qū)域

  C5-M很高（海洋）  內(nèi)部：高鹽度的沿海和離岸地帶

                  外部：總是處于高濕、高污染的建筑物

 

  4、核電涂層系統(tǒng)代號

   核電站內(nèi)部環(huán)境和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部分對涂層的要求也不盡相同，所以在核電涂裝中會將核電站的涂層系統(tǒng)進(jìn)行分類。

  4.1 涂層系統(tǒng)分類依據(jù)：

    涂層系統(tǒng)根據(jù)以下幾方面分類：

  4.1.1、涂層所處的位置，例如：反應(yīng)堆廠房、反應(yīng)堆廠房外核區(qū)、非核區(qū)

  4.1.2、涂層所處的環(huán)境條件，如室內(nèi)大氣環(huán)境、露天海洋環(huán)境等

  4.1.3、涂層所涂覆設(shè)備的運行條件，如溫度，是否為保溫材料等

  4.1.4、基底材料的性質(zhì)，如鋼鐵、鍍鋅等

  4.2 、涂層系統(tǒng)代號

  涂層系統(tǒng)代號由三個英文字母、三個阿拉伯?dāng)?shù)字和組成：

  三個英文字母表示涂層系統(tǒng)的系列代號；

  三個阿拉伯?dāng)?shù)字表示底材的材料性質(zhì)和運行條件；

  與大氣接觸的涂層系統(tǒng)代號見以下示意圖：

    P        I          A          100

  P（E）:  新刷（維護(hù)）；

  I（E）:  室內(nèi)（室外，海洋性大氣環(huán)境）；

  A（B/C/D/T）： A地坪，室內(nèi)非核區(qū)正常環(huán)境/B室外，室內(nèi)非核區(qū)腐蝕環(huán)境/C；室外反應(yīng)堆廠房  內(nèi)/D除反應(yīng)堆廠房外其它核區(qū)/T設(shè)備運行溫度高于120℃；

  100 ： 地材的性質(zhì)和運行條件。

 

  埋入土中或與液體介質(zhì)接觸的涂層系統(tǒng)代號見下表：

  系列代號            涂層所接觸的介質(zhì)

  PLA                 埋入水中

  PLB                 硬水

  PLC                 軟水

  PLD                 除鹽水

  PLE                 海水

  PLF                 碳?xì)浠衔?/b>

  PLG                 酸性溶液

  PLH                 堿性溶液

  PLJ                 放射性液體

 

  5、核電涂層系統(tǒng)性能評定

  單一的涂層無法同時滿足核電涂裝所有的性能要求，所以，涂裝在機械設(shè)備和墻面地板上的涂層指的都是一套涂層系統(tǒng)，涂層系統(tǒng)是由幾種不同類型的涂層結(jié)合而成，以金屬機械為例，一般由“底-中-面”三層組成完整的涂層配套系統(tǒng)。

底漆：對基底有良好的附著力，并有優(yōu)異的防腐防銹作用，主要有無機富鋅底漆和富鋅環(huán)氧底漆。

中間漆：增加涂層厚度以提高整個涂層系統(tǒng)的屏蔽性能，比如高固體份環(huán)氧厚漿漆，云母氧化鐵環(huán)氧漆。

面漆：遮蔽太陽紫外線以及污染大氣對涂層的破壞作用，抵擋風(fēng)雪雨水，還要兼具美觀裝飾作用，主要有丙烯酸聚氨酯面漆。

 

  核電涂層系統(tǒng)都會經(jīng)受附著力試驗、耐鹽霧試驗、人工老化試驗、耐溫試驗、耐液體性試驗、去污試驗、耐輻照試驗、模擬DBA試驗及修補性試驗、耐磨試驗以及鹵素、硫含量的測定。

  根據(jù)涂裝區(qū)域不同，上述試驗對涂裝系統(tǒng)的要求也會有區(qū)別，比如，在PIC、PID涂層配套中，硫和鹵素含量應(yīng)限制在小于等于1000ppm的范圍內(nèi)，而對PLD、PLJ涂層配套中硫和鹵素含量應(yīng)限制在小于等于200ppm的范圍內(nèi)。

  核電站用涂料系統(tǒng)以保護(hù)金屬和混凝土構(gòu)件為主，除上述試驗外，還要具備一般的重防腐要求，特別是非核區(qū)域的室外環(huán)境，去污、耐輻照、LOCA模擬試驗等反而不是最重要的性能要求，這時的金屬結(jié)構(gòu)還是以防電化學(xué)腐蝕、耐久、附著力、機械性能等為重點，而混凝土結(jié)構(gòu)的涂裝則阻止CO₂的滲透以防止其內(nèi)部的堿性環(huán)境被減弱破壞。

  在此需要說明的是，混凝土內(nèi)部多孔，硅酸二鈣和硅酸三鈣局部水解產(chǎn)生的強堿性局部環(huán)境本身具有較強的防腐能力，所以涂裝在混凝土上的涂料也多選用環(huán)氧涂料，主要是因為環(huán)氧涂料中沒有聚合物結(jié)構(gòu)中常見的酯鍵，而酯鍵會在堿性環(huán)境中發(fā)生皂化反應(yīng)，從而導(dǎo)致聚合物結(jié)構(gòu)破壞。

  我國的核電站建設(shè)迎來一個發(fā)展高峰期，涂料作為核電站用量最大的非金屬材料，在核電站建設(shè)中占據(jù)著重要一環(huán)，我國的核電涂料經(jīng)過多年的研究發(fā)展取得長足進(jìn)步，滿足核電站應(yīng)用要求，但也必須充分認(rèn)識到核電專用涂料研發(fā)的技術(shù)難度和復(fù)雜性，在不少方面，特別是在試驗技術(shù)條件上，與國外Peintures Maestria、PPG、Carboline Co等相比，尚存在一定差距。

江蘇悅中悅高空工程有限公司

2019年8月7日