周 澄 吴昉赟 蒋益丰 刘洪群

（1.中核核电运行管理有限公司，江苏 海盐 314300；2. 苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004）

0 概述

核电厂污水处理系统的功能是对厂区的生活污水、办公排水、餐厅废水、日常洗涤废水等进行深化处理，达到环保排放要求。该系统工艺复杂，设备众多，废水深化处理过程中，会涉及到混凝剂、消毒剂等化学药品，一旦涉及这些药品的设备或管道出现问题，可能引起人身安全，同时会影响系统正常运行，进而影响核电厂的正常运转。

某核电厂污水处理系统在运行7年以后，运行人员发现1#除磷药箱底部腐蚀穿孔，箱体底部已腐蚀穿孔，穿孔附近基地已经腐蚀减薄至纸片状，如图1所示，已无法进行贴板补焊修复，不得不更换新备件。

除磷药箱的工作过程是将固体聚合氯化铝[PAC，Alm（OH）n（H2O）x]直接加入药箱后，加水进行搅拌。加药箱体为碳钢，内壁涂装环氧煤沥青漆进行防腐，除磷药箱结构如图2所示。

图1 除磷药箱腐蚀穿孔

图2 除磷药箱结构图

本文就除磷药箱腐蚀穿孔原因进行了分析，对新建、在建核电厂除磷药箱内壁涂层设计、施工给出了建议。

1 除磷药箱腐蚀穿孔原因分析

除磷药箱内壁腐蚀穿孔的原因在于两个方面，第一方面是内壁防腐涂层发生了失效，涂层失去对药箱基体的保护作用，第二方面是除磷药箱内部介质对药箱基体产生了腐蚀。

1.1 防腐涂层分析

在防腐设计中，防腐涂层的防腐效果和涂层的选用、设计厚度、工况均有很大关系。化学药品储罐内壁涂层如果设计不合理，很容易出现腐蚀穿孔[1]。除磷药箱内部介质为聚合氯化铝溶液，根据GB/T 30790-2014《色漆和清漆 防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护》，除磷药箱内部环境等级为Im2级，对腐蚀具有促进作用，如表1所示。

除磷药箱所用的涂层为环氧煤沥青漆涂料，属于环氧类涂料，与GB/T 30790-2014中推荐的涂料类型一致。预期耐久性为中等（M），使用寿命为5～15年，除磷药箱实际已经使用7年以上，达到或接近涂层使用寿命。

涂料在达到其使用寿命以后会出现开裂、鼓泡、破损、脱落等现象，失去对基体的保护作用，箱体内部介质直接与基体接触，导致发生如下电化学反应：

阳极反应：Fe=Fe2++2e

阴极反应：O2+2H2O=4OH-

表1 GB/T 30790-2014中环境等级

1.2 介质分析

聚合氯化铝（PAC）是20世纪60年代末发展起来的一种无机高分子混凝剂[2]，是目前应用最广、销售量最大的无机混凝剂和水处理剂。以PAC为代表的无机高分子混凝剂在价格上远低于有机高分子絮凝剂，而且易存储，制备条件也没有有机高分子苛刻。与传统的无机低分子铝盐相比，PAC由于含有更多的高电荷，因而具有更强的电中、能力和强烈的吸附能力，投加到水中后表现出优异的混凝效果。PAC具有对出水pH影响小、用量少、产生污泥少、除浊高等优点，目前中国约60%的水处理厂采用PAC进行混凝处理。

通过查阅相关资料可知，聚合氯化铝溶于溶液后，基本呈中性，其对金属基材的腐蚀主要基于提高了溶液中的离子浓度，增加了电导率。

1.3 工况及腐蚀机理分析

除磷药箱的工艺为加入固态聚合氯化铝搅拌溶解，内部介质为固液两相，固相随着搅拌装置的转动会对涂层产生磨损作用，从而加速涂层的老化，如图3所示。

图3 药箱搅拌装置

涂层出现破损以后，流动介质与基体直接接触，会大大加速基体的腐蚀[3]。腐蚀过程一般是氧扩散控制体系，随着搅拌的进行，会提高氧向材料表面的传输速度以及腐蚀产物向溶液本体的传输速度，从而加快腐蚀速率[4]。

除了因加速氧的传输而增大腐蚀速率的作用外，流体力学因素对流动腐蚀将同时产生严重的影响，尤其介质中含有固体相时，腐蚀速率将进一步提高[5]。流体的电化学因素和流体力学因素间交互作用会引起协同效应。腐蚀质量损失分为三个部分，强调协同效应的存在，即：

Wt =We +Wc +Wec

其中，Wt为总质量损失；We为纯磨耗质量损失；Wc为纯腐蚀质量损失；Wec为协同效应质量损失。

在除磷药箱的搅拌过程中，含有固体颗粒，固体颗粒首先破坏表面涂层，然后对基体产生磨耗，通过电化学腐蚀与磨耗之间的协同效应加速箱体基体的腐蚀，最终导致腐蚀穿孔。

2 解决措施及建议

2.1 涂层设计选型

国内压水堆核电站与液体介质接触的设备设施和土建结构用涂层体系，要求应具有10年以上的使用寿命。

在满足GB/T 30790-2014的要求的前提下，可选用更加耐磨的涂料，同时定期对箱体进行预防性检查，发现问题及时进行修复处理。

2.2 衬里或高分子材料选型

根据其他核电厂的经验反馈，除磷药箱内部防腐措施可选用碳钢塑料/橡胶衬里或者纯聚乙烯（PE）材料。

塑料（含PE）或橡胶具有优良的耐酸碱盐性质，聚合氯化铝溶液不会和塑料或橡胶发生反应，不会破坏塑料或橡胶材料。

塑料或橡胶材料具有良好的耐磨性能，耐磨性能远优于涂层。塑料或橡胶相对于涂层来说具有更好的弹性和柔韧性，不易受到固体颗粒的冲击而破坏。

塑料或橡胶材料的厚度可达2～5mm，而涂层厚度一般不超过1mm，厚度也远大于涂层，使用寿命较长。

3 结束语

污水处理系统作为核电厂的污水深化处理装备，直接影响核电厂的环保指标，因此该系统设备的安全稳定性应得到重视，尤其化学介质相关设备的腐蚀设计、施工、防腐管理，避免因腐蚀原因导致的安全事件发生。