蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電廠的核心設(shè)備之一，其在進(jìn)行熱量交換、產(chǎn)生蒸汽的同時(shí)，還具有防止一回路放射性冷卻劑泄漏的功能。管板是蒸汽發(fā)生器的關(guān)鍵部件，管板材料通常為SA508-3鋼，主要起支撐脹接在管板孔內(nèi)傳熱管的作用，管板孔的數(shù)量達(dá)上萬個(gè)，且管板孔徑精度及表面粗糙度要求較高。

目前蒸汽發(fā)生器在制造過程中，管板在廠房中的貯存時(shí)間常大于6個(gè)月，對(duì)于低合金鋼材料而言，貯存期間如未采取適當(dāng)?shù)姆冷P措施，管板孔極易發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致管板孔表面質(zhì)量下降，這不僅不利于傳熱管的脹接，還會(huì)對(duì)后續(xù)的安裝及運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，需額外增加清潔管板孔銹跡工序，這無疑會(huì)增加工作量、延長(zhǎng)制造周期、增加制造成本。目前在用防銹方法的效果不理想，所以，尋找能減緩甚至防止管板孔在貯存期間發(fā)生腐蝕的更簡(jiǎn)便適宜、效果更好的方法，是目前核電設(shè)備制造廠面臨的一個(gè)重要問題。

為尋找一種適用于蒸汽發(fā)生器管板孔的防銹效果優(yōu)異且操作簡(jiǎn)便的長(zhǎng)效防銹技術(shù)，上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系、上海電氣核電設(shè)備有限公司和上海儀器儀表自控系統(tǒng)檢驗(yàn)測(cè)試所有限公司的研究人員通過中性鹽霧及交變濕熱試驗(yàn)，對(duì)比了目前在用以及設(shè)計(jì)擬推薦使用的防銹方法的防銹效果，且針對(duì)防銹效果優(yōu)異的方法，分析了其所用材料會(huì)否釋放有害離子并殘留在管板孔表面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)防銹要求、效果及防銹操作便捷性，同時(shí)結(jié)合核電設(shè)計(jì)要求，提出擬推薦的蒸汽發(fā)生器管板孔防銹技術(shù)。

防銹方法設(shè)計(jì)及效果對(duì)比

Part 01 試樣

為篩選出一種效果優(yōu)異且適合工程應(yīng)用的防銹方法，設(shè)計(jì)了一種氣相防銹包加氣相防銹膜聯(lián)合防護(hù)的氣相防銹技術(shù)。將制備的管板孔試樣充分清洗干燥后，分別采用以下5種方法進(jìn)行防銹處理，再通過中性鹽霧試驗(yàn)和交變濕熱試驗(yàn)，以對(duì)比研究各種方法的防護(hù)效果。

方法1 空白參照

光孔，加工清潔后不防護(hù)

方法2 工程在用

用羊毛塞封堵管板孔兩端

方法3 工程在用

將切削油均勻涂敷在管板孔內(nèi)表面

方法4 工程在用

將水基防銹劑均勻涂敷在管板孔內(nèi)表面

方法5 設(shè)計(jì)擬推薦使用

用氣相防銹膜包裹管板孔試樣，同時(shí)在包裝內(nèi)部放入氣相防銹包

將管板孔試樣按下圖進(jìn)行加工制備，每個(gè)試樣含3個(gè)管板孔，孔深200mm。試驗(yàn)期間，若3個(gè)管板孔中有2個(gè)或2個(gè)以上的孔出現(xiàn)腐蝕，則判定該管板孔試樣發(fā)生腐蝕，并終止試驗(yàn)。

（a）主視圖 

（b）左視圖

圖1 管板孔試樣示意圖

Part 02 試驗(yàn)方法

中性鹽霧試驗(yàn)

按照GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》對(duì)上述管板孔試樣進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中通過定期目視檢查每個(gè)孔的腐蝕情況，試驗(yàn)期間管板孔試樣若發(fā)生腐蝕則終止試驗(yàn)，若持續(xù)未發(fā)生腐蝕，則試驗(yàn)至1000小時(shí)停止。

交變濕熱試驗(yàn)

按照GB/T 2423.4-2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Db：交變濕熱（12h+12h循環(huán)）》進(jìn)行交變濕熱試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中通過目視法定期檢查每個(gè)孔的腐蝕情況，試驗(yàn)期間管板孔試樣如發(fā)生腐蝕則終止試驗(yàn)，如持續(xù)未發(fā)生腐蝕，則試驗(yàn)至1000小時(shí)終止試驗(yàn)。

Part 03 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)用第1~4種（不防護(hù)、羊毛塞法、切削油法、水基防銹劑法）防銹方法處理的試樣，在前24小時(shí)內(nèi)每4小時(shí)檢查一次，后續(xù)每24小時(shí)檢查一次。對(duì)用第5種（氣相防銹包+氣相防銹膜）防銹方法處理的試樣，前4次檢查頻率是每6天檢查一次，后續(xù)每4天檢查一次，可根據(jù)實(shí)際檢查情況調(diào)整。

與未經(jīng)防銹處理直接暴露在中性鹽霧環(huán)境中的管板孔試樣相比，在管板孔內(nèi)表面涂覆切削油和涂覆水基防銹劑均沒有明顯的防鹽霧腐蝕作用（均在4小時(shí)后試樣的3孔內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)腐蝕）。

用羊毛塞封堵管板孔兩端具有稍好的防鹽霧腐蝕作用（在8小時(shí)后試樣的3孔內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)腐蝕），而采用氣相防銹包+氣相防銹膜技術(shù)防護(hù)的管板孔試樣經(jīng)1000小時(shí)鹽霧試驗(yàn)后，未發(fā)生腐蝕，防銹效果顯著。

交變濕熱試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)用第1~4種防銹方法處理的試樣，在前24小時(shí)內(nèi)每12小時(shí)檢查一次，后續(xù)每24小時(shí)檢查一次。對(duì)用第5種防銹方法處理的試樣，前4次每6天檢查一次，后續(xù)每4天檢查一次。

交變濕熱試驗(yàn)中引起管板孔腐蝕的主要因素是水蒸氣的侵蝕，未經(jīng)防銹處理的試樣在濕熱環(huán)境中很快發(fā)生腐蝕（在12小時(shí)后試樣的3孔內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)腐蝕）。

用羊毛塞封堵管板孔兩端的方法沒有明顯的防濕熱腐蝕作用（同樣在12小時(shí)后試樣的3孔內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)腐蝕），而在管板孔內(nèi)表面涂覆切削油（在24小時(shí)后無明顯腐蝕，48小時(shí)后試樣的3孔內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)腐蝕）和涂覆水基防銹劑（在12小時(shí)后無明顯腐蝕，24小時(shí)后試樣的1個(gè)孔內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)腐蝕，48小時(shí)后3孔內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)腐蝕）具有較好的防濕熱腐蝕效果，氣相防銹技術(shù)防護(hù)效果優(yōu)異，試樣經(jīng)1000小時(shí)濕熱試驗(yàn)后，未發(fā)生腐蝕。

管板孔腐蝕原因

通常采用不同方法防護(hù)，管板孔內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物基本相同，故下文中的腐蝕產(chǎn)物是未經(jīng)防銹處理管板孔在中性鹽霧試驗(yàn)和交變濕熱試驗(yàn)中形成的腐蝕產(chǎn)物。

采用X射線光電子能譜（XPS）和X射線衍射（XRD）分析腐蝕產(chǎn)物，結(jié)果顯示中性鹽霧試驗(yàn)和交變濕熱試驗(yàn)后管板孔試樣腐蝕產(chǎn)物成分相同，主要為羥基氧化鐵如α-FeOOH和β-FeOOH，以及鐵的氧化物如Fe2O3、Fe3O4等。

管板孔試樣在中性鹽霧和交變濕熱試驗(yàn)環(huán)境中不斷受到腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，未防護(hù)的光孔試樣會(huì)很快發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

切削油對(duì)管板孔內(nèi)表面的緩蝕原理主要是幾何覆蓋效應(yīng)，切削油被均勻涂覆在管板孔內(nèi)表面，阻礙了氧、水等腐蝕性介質(zhì)與管板孔的直接接觸。但由于其濕附著力較差，水分子逐漸透過油膜到達(dá)管板孔表面形成水膜，建立了連續(xù)的電解質(zhì)薄膜，進(jìn)而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

涂覆水基防銹劑同樣能夠在管板孔表面形成一層保護(hù)膜，隨著防護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕性介質(zhì)會(huì)逐漸滲透進(jìn)入保護(hù)膜孔隙，從而接觸到管板孔基材，引起腐蝕。

但切削油和水基防銹劑兩種防護(hù)方法的涂覆過程中，若涂抹不均勻，會(huì)造成暴露區(qū)域較快發(fā)生腐蝕，而且涂覆和防護(hù)后的表面清理工作均較費(fèi)時(shí)。

采用羊毛塞封堵管板孔兩端，羊毛塞會(huì)在一定程度上阻擋腐蝕性介質(zhì)進(jìn)入管板孔內(nèi)，但延遲腐蝕發(fā)生的作用有限。

而氣相防銹技術(shù)所用氣相防銹膜和氣相防銹包中均含有氣相緩蝕劑，它在常溫常壓下?lián)]發(fā)出氣相緩蝕分子，長(zhǎng)期存在于防銹膜包裹的空間內(nèi)，并逐漸在管板孔內(nèi)表面形成均勻致密的鈍化膜，故對(duì)管板孔起到有效的保護(hù)作用。

有害離子殘留檢測(cè)

為研究氣相防銹包+氣相防銹膜聯(lián)合防護(hù)的防銹包裝技術(shù)所用材料是否會(huì)釋放氟離子及氯離子等有害離子而污染管板孔試樣表面，利用離子色譜儀對(duì)試驗(yàn)前后的管板孔試樣表面進(jìn)行有害離子（氯和氟）含量檢測(cè)，結(jié)果表明包裝材料未對(duì)被保護(hù)面造成有害離子污染，滿足核電設(shè)備設(shè)計(jì)要求。

結(jié)  論

不同防銹方法阻止腐蝕性介質(zhì)接觸及侵蝕管板孔試樣的方式不同，延緩管板孔發(fā)生電化學(xué)腐蝕的時(shí)間也不同。與采用羊毛塞封堵管板孔兩端、管板孔內(nèi)表面涂覆切削油及涂覆水基防銹劑的方法相比，設(shè)計(jì)的氣相防銹包+氣相防銹膜聯(lián)合防護(hù)的防銹包裝方法防護(hù)效果優(yōu)異，經(jīng)其防護(hù)的管板孔試樣分別在中性鹽霧環(huán)境和交變濕熱環(huán)境中試驗(yàn)1000小時(shí)后均未發(fā)生腐蝕，且在防護(hù)期間所用防銹材料不會(huì)釋放有害離子而污染被保護(hù)面。同時(shí)，氣相防銹技術(shù)的防護(hù)操作便捷，能夠節(jié)省工時(shí)、縮短工期。因此，氣相防銹技術(shù)適用于蒸汽發(fā)生器管板孔在貯存期間的保護(hù)。