核電站PTR換料水箱地腳螺栓注蠟防腐蝕

苗學良，忻 勇，劉洪群，張 維，邊春華

（1.中核核電運行管理有限公司二廠，海鹽314300；2.蘇州熱工研究院有限公司，蘇州215004）

反應堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)（PTR系統(tǒng)）是核電站的核安全相關系統(tǒng)。該系統(tǒng)中用于儲存安注和安噴所需硼酸水溶液的水箱，稱為PTR換料水箱。

PTR換料水箱的有效容積為1 600m3，能保證在失水事故（LOCA）后同時向兩臺安全殼噴淋泵、兩臺低壓安注泵和三臺高壓安注泵中的兩臺供水約20min。

PTR換料水箱地腳螺栓發(fā)生腐蝕會影響螺栓強度，存在降低PTR水箱的抗震等級的風險[1]。換料水箱是抗震1F級設備（抗震1F級的定義為專設安全設施及其支持系統(tǒng)中的非能動設備，在經(jīng)受到極限安全地震動荷載作用下要求保證其功能的設備和部件[2]）。PTR換料水箱及地腳螺栓示意圖見圖1。

在對某核電站PTR換料水箱地腳螺栓進行腐蝕檢查時，發(fā)現(xiàn)地腳螺栓普遍存在銹蝕問題，螺栓與地板交匯處涂層破損，銹蝕情況較多，見圖2。為了避免螺栓進一步腐蝕，需對其采用適當?shù)姆栏g措施以防止腐蝕的進一步發(fā)生。

為了使PTR換料水箱具有更好的抗震性，工程部門在地腳螺栓錨固件間焊接了墊塊，見圖3。在焊接墊塊后，常規(guī)的防腐蝕措施難以對螺栓進行防護。因此，本工作自主設計了一套注蠟設備，采用灌注石蠟的方式進行防腐蝕。本文簡單介紹了地腳螺栓的腐蝕機理及注蠟工藝。

1 地腳螺栓腐蝕機理

1.1 電偶腐蝕機理

PTR罐體材質(zhì)為00Cr19Ni10，錨固件為相同材質(zhì)。地腳螺栓采用40CrMoA。根據(jù)現(xiàn)場情況，地腳螺栓底部潮濕，易于積聚含氯離子的積水，在加上不同材質(zhì)之間電連接，陽極將會發(fā)生電偶腐蝕[3]。

1.2 海洋大氣環(huán)境下的腐蝕

PTR換料水箱由于結構的原因底部容易積水。在水的作用下，金屬發(fā)生陽極溶解，溶解的金屬離子發(fā)生水解，反應中生成的H＋還會向金屬內(nèi)部滲透擴散，在金屬與涂料之間積聚成氫分子，在涂料層和進水間形成氣泡，使涂層發(fā)生剝離[4]。

PTR換料水箱為貫穿式地腳螺栓，螺桿、中心地板和混凝土地板之間的間隙容易積水，是腐蝕的敏感部位，一旦積水，就難以清理。大氣中的鹽分、固體顆粒等也在此處。沉積增加了電導和腐蝕性，導致螺桿全面腐蝕，最終導致螺桿直徑驟減，且強度大幅度下降。此處附近的防護涂層，長期在惡劣的環(huán)境中，加速了其老化失效，最終開裂、脫落。

1.3 酸洗液殘留造成的腐蝕

PTR換料水箱在安裝后均采用酸洗鈍化進行防腐蝕處理，在處理過程中，酸洗液極易滲入地腳螺栓孔內(nèi)并殘留，形成侵蝕性環(huán)境。殘留的酸洗液聚集在地腳上，并順著螺母墊片處滲入到螺桿與地腳螺栓孔以及混凝土孔之間。螺栓外表面與地腳螺孔內(nèi)表面的間隙約1mm，而螺栓與混凝土之間的縫隙更小，隨著螺栓在殘留液中發(fā)生腐蝕，間隙中腐蝕產(chǎn)物聚集，很容易形成縫隙環(huán)境。在酸洗液中同時含有較高的硫、氯、氟元素等有害元素，導致螺栓嚴重的縫隙腐蝕[5]。

2 地腳螺栓注蠟防腐蝕施工

2.1 地腳螺栓防腐蝕材料

地腳螺栓采用法國某公司生產(chǎn)的石蠟產(chǎn)品進行防腐蝕。該石蠟特性見表1。該款石蠟的閃點、燃點溫度較高，現(xiàn)場使用危險性較小；體積膨脹率小：凝固后不會產(chǎn)生收縮，能充分包裹住地腳螺栓。

表1 石蠟特性

2.2 注蠟設備

根據(jù)換料水箱所在位置、現(xiàn)場情況、設備圖紙等，設計了一套注蠟設備。其工作原理是將膏狀的石蠟投入到注蠟罐中，將其加熱融化后，利用壓縮空氣將液態(tài)石蠟壓入到地腳螺栓的縫隙中去。加熱器設計了2個，當兩個加熱器同時工作時，可以快速加熱融化石蠟，在注蠟時僅需一個小功率的加熱器保溫即可。對注蠟罐的排放管包裹加熱帶，在注蠟前將加熱帶加熱，保證石蠟在進入螺栓前的溫度，可以有效保證石蠟在螺栓內(nèi)充分充滿。注蠟設備簡圖見圖4。

2.3 施工過程及結果

在注蠟前，利用壓縮空氣吹掃地腳螺栓墊板內(nèi)部空隙以便對墊板內(nèi)部進行清潔，見圖5（a）。

將地腳螺栓其余三個孔封堵，僅留一個孔進行注蠟，見圖5（b）。

做好準備工作并融化石蠟后，開始注蠟。注蠟以液態(tài)石蠟溢出為注滿，每個間隙的注蠟量都經(jīng)過計算，以保證最小注蠟量。

注蠟結束后，對注蠟罐周邊進行清理，對孔隙進行打磨，用封堵材料將孔隙封堵。石蠟飽滿情況及封堵情況，見圖6。

3 結束語

核電站大型設備地腳螺栓是核電站最容易發(fā)生腐蝕問題的部件之一。由于其施工精度要求高、難度大，并且在防腐蝕施工后難以檢測其防腐蝕情況，更換成本高，在核電站整體防腐蝕工作中逐漸成為工作的難點。

地腳螺栓注蠟施工工藝在該核電廠屬于第一次實施，且注蠟設備均為自己研發(fā)制造，在延緩地腳螺栓的腐蝕的同時，保證換料水箱的抗震強度，為其他在建的各核電新項目提供了相關經(jīng)驗。

[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 壓水堆核電廠物項分級[S].

[3]楊德均，沈卓身.金屬腐蝕學[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999.

[4]王柱，喬培鵬.核電站不銹鋼容器地腳螺栓的腐蝕防護[J].腐蝕與防護，2011，32（8）：664－666.

[5]陳春輝，左修明.大亞灣核電站核島容器地腳螺栓被腐蝕現(xiàn)象分析[J].通用機械，2009，9（1）：71－73.