張亞龍

(中國中原對外工程有限公司，北京 100044)

核電廠重要廠用水系統(tǒng)的功能是把由設(shè)備冷卻水系統(tǒng)收集的熱負(fù)荷輸送到最終熱阱——海水，故系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)就是具有高腐蝕性的海水。這就要求重要廠用水管道必須要有很強(qiáng)的防腐蝕性能，而重要廠用水系統(tǒng)管道采用的防腐蝕措施主要是橡膠襯里、防腐涂層和陰極保護(hù)。在某核電3、4號(hào)機(jī)組重要廠用水系統(tǒng)管道內(nèi)防腐施工過程中由于施工環(huán)境、人因失誤以及工序設(shè)置不合理等原因，導(dǎo)致后續(xù)質(zhì)量問題的出現(xiàn)。本文通過對重要廠用水系統(tǒng)管道內(nèi)防腐施工問題的分析，提出了合理化的改進(jìn)措施，對重要廠用水系統(tǒng)內(nèi)防腐質(zhì)量的提高有較大的作用，更好地保證核電廠管道安裝質(zhì)量和核電廠運(yùn)行的安全性能。

1 重要廠用水系統(tǒng)安裝工程概況

重要廠用水系統(tǒng)是通過位于PX泵房的循環(huán)水過濾系統(tǒng)的鼓形濾網(wǎng)過濾后取水，排水則是通過NX廠房的重要廠用水溢流井排入GS溝，然后由GS溝匯流至CC虹吸井，最終排入大海。由兩條與安全有關(guān)的冗余系列把設(shè)冷水系統(tǒng)收集的熱負(fù)荷輸送到大海，這個(gè)過程包括4組設(shè)備冷卻水系統(tǒng)/重要廠用水板式熱交換器、4臺(tái)重要廠用水泵、2臺(tái)貝類捕集器。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，海水介質(zhì)對碳鋼管道的腐蝕是該系統(tǒng)安裝的關(guān)鍵質(zhì)量控點(diǎn)，PX泵房內(nèi)管材為鋼襯膠管道和帶陰極保護(hù)并具有防腐涂層的鋼管；GA廊道內(nèi)管材為帶陰極保護(hù)并具有防腐涂層的鋼管；NX廠房內(nèi)為鋼襯膠管道和帶陰極保護(hù)并具有防腐涂層的鋼管。具有防腐涂層的鋼管是質(zhì)量控制的薄弱環(huán)節(jié)，也是問題頻繁出現(xiàn)的部位。

2 重要廠用水系統(tǒng)管道采取的內(nèi)防腐措施

2.1 橡膠襯里

2.1.1 管道襯膠的制作要求

襯膠管道就是以鋼管作為載體、在鋼管內(nèi)放置橡膠襯里，二者結(jié)合為一體的管道。由于它對管內(nèi)介質(zhì)有較強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕能力，對大多數(shù)無機(jī)酸、有機(jī)酸及各種鹽類、醇類等都耐腐蝕，同時(shí)鋼管又有較強(qiáng)的剛性和強(qiáng)度，因此襯膠管道得到廣泛應(yīng)用。襯膠管道的制作安裝通常采用鋼管制作后現(xiàn)場組裝，試壓合格后拆除，運(yùn)回襯膠場地后進(jìn)行襯膠、再運(yùn)到現(xiàn)場安裝的方法。

先制作焊接鋼管和管件，使用鋼板制作鋼管，在數(shù)控切割機(jī)上對鋼板進(jìn)行放樣、切割，然后吊到坡口機(jī)上對管道的直焊段和環(huán)向焊段進(jìn)行坡口切割，送到卷管機(jī)進(jìn)行卷管。在卷管時(shí)一定要確保管道的橢圓度，橢圓度不合格將達(dá)不到質(zhì)量要求，最后再焊接。

管道制作時(shí)，要求襯膠側(cè)金屬表面凸出的焊縫高度不大于2 mm, 轉(zhuǎn)角和接管部位焊縫飽滿并凸出，角焊縫表面需要有大于3 mm的圓弧,焊縫表面不得有裂紋和咬邊。管段焊接完成后焊接法蘭，法蘭焊接時(shí)必須保證法蘭與連接鋼管或管件中心線垂直。制作的管件表面必須光滑，沒有氣孔、裂紋、重皮、焊瘤、焊渣和未焊透等缺陷，表面不應(yīng)有大于2 mm的凹凸處，凡有棱角的部位，應(yīng)加工成圓弧過渡的小圓角，其半徑不小于5 mm。采用焊接彎頭時(shí)應(yīng)兩面焊接，襯里焊縫應(yīng)打磨成半圓不大于3 mm的小圓弧。

襯膠前鋼管內(nèi)表面必須進(jìn)行除銹處理，表面處理不合格的，不得進(jìn)行襯里施工。預(yù)安裝和正式安裝后均須進(jìn)行水壓試驗(yàn)，前者是為了檢驗(yàn)鋼管和管件的強(qiáng)度和密封性，后者是為了檢驗(yàn)正式安裝后系統(tǒng)的強(qiáng)度和密封性，都不能省略。

襯膠施工中的檢查項(xiàng)目有橡膠襯里層接縫有無漏烙、漏壓和烙焦現(xiàn)象，襯里層是否存在氣泡、針眼等缺陷，接縫搭接方向是否正確。襯膠施工中檢查發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時(shí)消除，然后再進(jìn)行下一道工序。

管道襯膠后，應(yīng)100%進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。襯膠層不允許有脫層現(xiàn)象，膠層表面允許有凹陷和深度不超過0.5 mm的外傷、印痕，但不得出現(xiàn)裂紋或海綿狀氣孔。法蘭邊沿及翻邊密封面處要平整，不允許有脫層現(xiàn)象。用儀器對漏電、厚度檢查：用測厚儀檢測襯膠層厚度，各測點(diǎn)的距離應(yīng)盡可能大一些，檢測點(diǎn)的數(shù)目視工件的形狀及大小而定(一般檢測5～10點(diǎn))用電火花檢測儀全面檢查襯里層，不得有漏電現(xiàn)象。檢查時(shí)，膠層表面應(yīng)清潔、干燥，探頭不得在膠層上停留，以防止膠層被高電壓擊穿。

2.1.2 管道襯膠的效果

綜上所述，橡膠襯里具有施工造價(jià)高、現(xiàn)場缺乏襯膠施工條件、膠漿粘接要求高等缺點(diǎn)，所以重要廠用水系統(tǒng)只在+0 m以上的廠房內(nèi)使用襯膠管道。管道之間采用法蘭連接，具備耐磨性強(qiáng)、抗沖擊性好、耐腐蝕、強(qiáng)度高剛性好等優(yōu)點(diǎn)，有效地保證了管道安裝質(zhì)量，只是有待于更大范圍的推廣使用。

2.2 管道內(nèi)壁采用重防腐涂層

2.2.1 重防腐涂層的施工要求

內(nèi)壁防腐采用的是725-H45-ZF101環(huán)氧重防腐蝕涂料。涂裝前表面預(yù)處理包括除油和除銹，除油采用有機(jī)溶劑除油擦洗工藝，原則上只對預(yù)制件表面油污比較嚴(yán)重，無法在除銹過程中除去的情況下采用。除銹采用的是噴砂處理，在溫度大于5 ℃，相對濕度小于75%的環(huán)境中才能進(jìn)行噴砂作業(yè)，相對濕度大于85%時(shí)，必須停止噴砂作業(yè)。

預(yù)制件在完成表面預(yù)處理檢查合格后，應(yīng)避免再次污染，從表面預(yù)處理結(jié)束到第一道涂層涂裝之間的時(shí)間間隔不應(yīng)超過4 h。第一道涂層涂裝是725-H45-ZF101重防腐蝕涂料(灰色)，將配置好的涂料用油灰刀刮取，用刮板像打膩?zhàn)右粯庸瓮烤鶆?，干膜厚度控制?00 μm左右，涂裝時(shí)要按一定的方向順序連續(xù)進(jìn)行，避免漏涂。要特別注意底材平整度，邊涂邊修整邊自檢。在涂層即將表干時(shí)整體修整一次，防止流掛和漏涂，使涂層平整光滑。在6 h后7 d之內(nèi)可以涂裝第二道暗紅色的725-H45-ZF101G 重防腐蝕涂料，干膜厚度控制在400 μm 左右。若再涂覆時(shí)間超過涂料供應(yīng)商要求時(shí)，為了保證界面之間的粘合力，必須采用2號(hào)或更大目數(shù)砂紙進(jìn)行必要的涂層表面打磨處理，方可進(jìn)行第二道涂層涂裝。

涂裝施工的溫度條件應(yīng)為5～30 ℃，大氣相對濕度小于85%，基材表面溫度大于露點(diǎn)溫度3 ℃以上。725-H45-ZF101重防腐蝕涂料適用期在25 ℃時(shí)僅為0.5～1 h，需根據(jù)操作人員的熟練程度和所需涂料量來配置。涂料系三組份組成：甲組份為改性環(huán)氧樹脂，乙組份為固化劑，丙組份為精細(xì)粉料。在10～35 ℃其重量配合比如下：甲∶乙∶丙=100∶25～15∶130，可依據(jù)當(dāng)時(shí)的氣溫做適當(dāng)調(diào)整，使之有良好的施工性能。

最終驗(yàn)收檢查，涂層表面應(yīng)無漏涂、流掛、起皺、凹陷、裂紋、剝落、分層、龜裂，涂膜應(yīng)比較光滑平整。按GB/T 13452.2 使用涂膜測厚儀進(jìn)行涂膜厚度檢查。涂層系統(tǒng)每10 m2檢測一次(或每個(gè)設(shè)備單元測量一次)。每次取10 個(gè)以上的測點(diǎn)，對復(fù)雜表面應(yīng)增加測點(diǎn)數(shù)量，要求85%以上的測點(diǎn)的厚度達(dá)到或超過規(guī)定的涂膜厚度，余下的不到15%的測點(diǎn)的涂膜厚度應(yīng)不低于規(guī)定涂膜總厚度的85%。附著力測試以每1000 m2檢測一次。采用拉開法，附著力應(yīng)大于3.0 MPa。

2.2.2 管道內(nèi)壁重防腐涂層施工的效果

重防腐管道的涂層簡單牢固、耐腐蝕、現(xiàn)場施工方便，但同時(shí)存在涂層厚度值大、附著力要求高、涂刷環(huán)境要求嚴(yán)格等缺點(diǎn)，是施工過程中施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

2.3 陰極保護(hù)

管道的防腐不僅僅是靠重防腐涂層，還有陰極保護(hù)系統(tǒng)。陰極保護(hù)技術(shù)是一種電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，通過把電子提供給被保護(hù)金屬的方法，使得金屬腐蝕反應(yīng)發(fā)生的電子遷移得到抑制，從而避免或減弱腐蝕的發(fā)生。重要廠用水系統(tǒng)管道選用的就是外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)(輸出電流大，有效保護(hù)范圍廣，適用于被保護(hù)面積大的長距離、大口徑管道)，主要由恒電位儀、輔助陽極、參比電極等部件組成。其基本工作原理是通過恒電位儀提供直流電流，電源正極接輔助陽極，負(fù)極接于管道上，通過海水形成回路。通電后，鋼質(zhì)管道發(fā)生陰極極化，并極化到一定的電位水平，而得到有效的保護(hù)。該系統(tǒng)通過參比電極監(jiān)控，配合管道的內(nèi)防腐工藝，使得整個(gè)管路系統(tǒng)一直處于保護(hù)狀態(tài)，從而免受海水腐蝕。

1)恒電位儀：作為直流自動(dòng)控制電源，向管道提供保護(hù)電流。它可以連續(xù)監(jiān)測被保護(hù)物體的陰極保護(hù)狀態(tài)，并隨時(shí)調(diào)整輸出電流的大小，使被保護(hù)管道總處于最佳保護(hù)狀態(tài)；

2)輔助陽極：是通過法蘭焊接在管道壁，陽極電纜匯總接入接線盒，然后通過陽極電纜與恒電位儀的正極相連，保護(hù)電流從輔助陽極進(jìn)入，經(jīng)海水介質(zhì)流向管道，從而使管道陽極得到保護(hù)；

3)參比電極：是一種電位恒定的基準(zhǔn)電極，用來系統(tǒng)電位的控制和檢測。恒電位儀根據(jù)參比電極的信號(hào)大小，自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)管道的保護(hù)電流的輸出，使管道始終控制在最佳保護(hù)電位的范圍內(nèi)。每個(gè)系列6套，A、B列共計(jì)12套。

3 施工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題描述與改進(jìn)

重要廠用水系統(tǒng)管道安裝過程中，由于施工人員經(jīng)驗(yàn)欠缺、技術(shù)能力薄弱、重防腐油漆厚度大，施工方式是刮涂、粗糙度不同于一般管道的中粗糙度要求、噴砂操作困難、跨專業(yè)施工等因素，管道內(nèi)防腐方面發(fā)生了較多質(zhì)量問題，致使重要廠用水系統(tǒng)安裝施工進(jìn)度緩慢，制約了系統(tǒng)移交、調(diào)試等一系列工作。下面以重要廠用水系統(tǒng)具體的管道內(nèi)防腐方面出現(xiàn)的質(zhì)量問題及不合理處舉例說明。

3.1 接地塊焊接處管道內(nèi)壁油漆損壞

3.1.1 問題描述

陰極保護(hù)系統(tǒng)接地分為管法蘭處的連接即跨接接地、參比電極接地即測量接地和恒電位儀在管道上面取的接地點(diǎn)陰極接地。管道安裝過程中發(fā)現(xiàn)接地塊焊接處管道內(nèi)壁油漆涂層被損壞。

3.1.2 原因分析

接地塊的安裝時(shí)間與管道內(nèi)壁防腐時(shí)間存在邏輯上的錯(cuò)誤，管道內(nèi)防腐完成后進(jìn)行接地塊焊接，油漆受熱后損壞。

3.1.3 改進(jìn)措施

建議后續(xù)在編制相應(yīng)的工作程序、施工方案時(shí)明確要求，待重防腐管道接地塊焊接完成后，再做內(nèi)壁重防腐涂層，并檢查確認(rèn)。在施工前的圖紙會(huì)審時(shí)，提前羅列出各個(gè)專業(yè)的施工順序，才能避免在施工中的返工，從而降低安裝成本。

3.2 輔助陽極、參比電極安裝位置油漆破損

3.2.1 問題描述

重要廠用水管道安裝后進(jìn)行管內(nèi)清潔度檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，電極基座下法蘭孔(孔徑φ40 mm)內(nèi)壁為金屬表面(圖紙未要求重防腐)，與陰極保護(hù)套管外壁之間存在1 mm間隙，套管根部存在油漆破損現(xiàn)象。

3.2.2 原因分析

管道內(nèi)壁防腐施工一般都是在場外預(yù)制的，存在預(yù)留孔洞邊緣油漆涂刷不規(guī)則的情況，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后再進(jìn)行輔助陽極和參比電極安裝，插入輔助陽極或者參比電極套管時(shí)容易蹭掉油漆涂層。其次，電極基座下法蘭孔(孔徑φ40 mm)內(nèi)壁為金屬表面，與陰極保護(hù)套管外壁之間存在1 mm間隙，在海水環(huán)境中，電極基座下法蘭孔內(nèi)邊緣處銹蝕，經(jīng)海水不斷沖刷，導(dǎo)致該處油漆破損。

3.2.3 改進(jìn)措施

輔助陽極和參比電極的安裝圖紙(見圖1)中，需設(shè)計(jì)單位明確電極基座下法蘭孔(孔徑φ40 mm)內(nèi)壁與陰極保護(hù)套管外壁之間間隙的處理方式(要求下法蘭孔內(nèi)壁在焊接完成后做防腐處理)，防止海水滲透在間隙內(nèi)，造成電極基座下法蘭孔內(nèi)邊緣處銹蝕。后續(xù)機(jī)組重要廠用水系統(tǒng)管道安裝過程中，輔助陽極和參比電極安裝前，對電極下法蘭孔檢查其內(nèi)壁的防腐情況，確認(rèn)合格后再進(jìn)行安裝，確保套管根部油漆涂層的完整性。合理可行的施工依據(jù)加上施工過程中嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，可以避免一些隱蔽部位的施工質(zhì)量。

圖1 輔助陽極、參比電極安裝圖Fig.1 Installation ofthe auxiliary anode and reference electrode

3.3 管道內(nèi)壁涂層在45°彎頭處出現(xiàn)大面積脫落

3.3.1 問題描述

重要廠用水系統(tǒng)管道安裝完成后，調(diào)試部在重要廠用水系統(tǒng)B列進(jìn)行試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)油漆碎片，經(jīng)確認(rèn)是重要廠用水管道的兩個(gè)45°彎頭處油漆涂層大面積脫落所致。后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)彎頭處油漆整圈剝落，剝落總面積約為1.15 m2。

3.3.2 原因分析

彎頭處，施工存在一定難度，表面處理不徹底，重防腐涂層的附著面受力不均勻。預(yù)制廠的施工人員對重要廠用水系統(tǒng)管道重防腐的第一道底漆涂裝質(zhì)量無法保證，具體檢查工作不到位，內(nèi)壁重防腐涂層附著力不足。在水流不斷沖擊的情況下，造成油漆剝落。

3.3.3 改進(jìn)措施

對于彎頭處的重防腐施工，存在一定的施工難度。后續(xù)進(jìn)行防腐工作涂裝時(shí)，施工人員、質(zhì)保人員要嚴(yán)格按照程序、方案要求(基材表面處理的清潔度、粗糙度；環(huán)境溫度、濕度；第一道底漆的涂刷時(shí)間要求等)執(zhí)行。建議對類似于彎頭這種特殊部位內(nèi)防腐工序監(jiān)理工程師必須選點(diǎn)見證，確保防腐質(zhì)量。

3.4 參比電極損壞導(dǎo)致內(nèi)防腐涂層破壞

3.4.1 問題描述

嶺澳核電廠二期L3重要廠用水系統(tǒng)A、B列檢修期間發(fā)現(xiàn)重要廠用水管道多數(shù)輔助陽極附近出現(xiàn)內(nèi)防腐涂層鼓泡脫落現(xiàn)象，同時(shí)涂層破損部位，輔助陽極根部及參比電極周圍均產(chǎn)生大量的白色結(jié)晶物。

3.4.2 原因分析

參比電極電位發(fā)生漂移，陰極保護(hù)系統(tǒng)為達(dá)到預(yù)置的電位而電流增大，持續(xù)的過保護(hù)電流輸出導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)失效，參比電極、輔助陽極附近防腐涂層鼓泡、脫落，造成Ca+、Mg+在陰極表面裸露點(diǎn)大量集中沉積。

3.4.3 改進(jìn)措施

參比電極電位漂移可能與海水中氯化物含量不穩(wěn)定有關(guān)，根據(jù)嶺澳核電廠檢修經(jīng)驗(yàn)，將所有的銀/氯化銀參比電極更換為高純鋅參比電極后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。從根本上解決管道內(nèi)壁防腐涂層鼓泡脫落的質(zhì)量問題。參考陰極保護(hù)系統(tǒng)手冊的內(nèi)容，參比電極的材質(zhì)決定它的工作性能，高純鋅參比電極是金屬棒體，它的性能參數(shù)相比氯化銀(化合物)的參比電極都比較穩(wěn)定，海水成分復(fù)雜多變，選擇符合要求的材料，對促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性，有著十分關(guān)鍵的作用。所以建議重要廠用水系統(tǒng)采用高純鋅的參比電極。

4 結(jié)論

以上是某核電廠3號(hào)、4號(hào)機(jī)組重要廠用水系統(tǒng)碳鋼管道內(nèi)防腐采取的工藝方法介紹以及對施工過程中出現(xiàn)問題的質(zhì)量控制措施、重難點(diǎn)分析。重要廠用水系統(tǒng)管道內(nèi)防腐出現(xiàn)上述質(zhì)量問題的主要原因表現(xiàn)在，重防腐涂層厚度大、管道內(nèi)表面處理要求較高、噴砂操作有難度、刮涂過程涂層厚度易出現(xiàn)不均勻狀況、施工空間受限等方面。為提升該系統(tǒng)管道的內(nèi)防腐質(zhì)量，需從人、機(jī)、料、法、環(huán)等多方面進(jìn)行分析，針對事前、事中、事后制定相應(yīng)的措施進(jìn)行全面的質(zhì)量控制。特殊工序采取特別的控制措施，通過難點(diǎn)培訓(xùn)、經(jīng)驗(yàn)反饋、班前會(huì)交底等途徑進(jìn)行施工質(zhì)量預(yù)控。另一方面需采取必要的管理手段，督促施工單位建立健全質(zhì)量管理體系，加強(qiáng)各個(gè)工序間的巡檢見證，充分發(fā)揮各級質(zhì)量管理人員的檢查作用。針對碳鋼管重防腐施工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，以及借鑒嶺澳核電檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題，總結(jié)出了相應(yīng)較好的施工工藝流程和合理化建議。根據(jù)相關(guān)施工方案、技術(shù)規(guī)格書，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)控方法，最終有效地提高了重要廠用水系統(tǒng)管道安裝質(zhì)量。同時(shí)，為后續(xù)機(jī)組該系統(tǒng)管道內(nèi)防腐的施工提供了良好的經(jīng)驗(yàn)和方法。結(jié)合現(xiàn)階段各個(gè)核電管道防腐施方面工出現(xiàn)的質(zhì)量問題，認(rèn)為接下來應(yīng)在人因分析、環(huán)境不確定因素、技術(shù)資料完整性等方面開展進(jìn)一步的研究工作。