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核電廠埋地管道的外腐蝕檢測與評價

2021-07-23 13:37:07 作者：章強，劉朝，等來源：腐蝕與防護分享至：

核電廠埋地管道承擔著全廠重要工業介質的輸運，長期與土壤直接接觸，國內外核電廠埋地管道遭受土壤腐蝕導致泄漏的案例被大量報道。美國核管會(NRC)和美國電力研究院(EPRI)開展了核電廠埋地管道老化管理技術的研究，并以強制性法規和技術報告的形式在美國核電廠推廣了埋地管道的檢測與評價工作，該項工作已作為核電廠老化管理及核電廠延壽的重要工作之一，而國內暫未見核電廠全廠埋地管道外腐蝕狀態綜合檢查的相關報道。

為此，中核武漢核電運行技術股份有限公司和中核核電運行管理有限公司的技術人員借鑒了國內外埋地管道全壽命周期管理的先進經驗，在此基礎上首次對延壽的國內某核電廠開展了埋地管道外腐蝕檢測與評價工作，以期為核電廠延壽及埋地管道全生命周期的腐蝕控制提供技術支撐。

埋地管道外腐蝕檢測

減緩核電廠埋地管道外腐蝕的措施主要有添加防腐蝕層和陰極保護。具有腐蝕性的土壤及雜散電流干擾會對管道外腐蝕起到一定的加速作用，參考GALL報告和EPRI報告的推薦開展埋地管道外檢測項目及方法，結合國內長輸和站場埋地管道外腐蝕檢測工作的技術實踐，針對某核電廠埋地管道的外腐蝕開展了土壤腐蝕性、雜散電流干擾、防腐蝕層缺陷及絕緣電阻、陰極保護電位的檢測，同時進行了管道探坑開挖驗證和管體缺陷篩查工作。

01. 土壤腐蝕性檢測

調研了全廠埋地管道的技術參數，確定對核島區（27處），動力、機修、倉庫和三廢區（11處），廠前、進水車間和消防站區（8處）的直埋管道開展土壤電阻率檢測，根據全廠管道的不同埋深選擇土壤電阻率的測試深度為2,4,6m。采用EJ 484-1989《三千萬瓦壓水堆核電廠廠區土壤腐蝕性勘測與評定》推薦的綜合打分法對全廠46處0~2m土壤層、5處0~4m土壤層、4處0~6m土壤層的腐蝕性進行檢測和評價，結果如圖1所示。

全廠0~2m土壤層的腐蝕性為“弱-中等”腐蝕性，0~4m土壤層的腐蝕性為“中等”腐蝕性，0~6m土壤層的腐蝕性為“中等-強”腐蝕性。全廠腐蝕性較強的區域主要集中在海水泵房西北區、核島區新消防水泵房西側、從開關站起至動力區、水廠區域，這些區域離海堤較近，海水中氯離子逐步滲入至深層土壤層導致土壤腐蝕性增強。

圖1 土壤的腐蝕性

02. 雜散電流干擾檢測

廠區22kV GIS開關站、高壓輸電線鐵塔等是該核電廠雜散電流干擾源，選擇核島區22kV GIS開關站西側和化水車間南側進行雜散電流干擾檢測，采用SCM雜散電流測試儀、便攜式硫酸銅參比電極（CSE）、ZC-8型土壤電阻率測試儀對管道地表電位梯度、埋地管道交流干擾電壓及土壤電阻率進行檢測。

分別在區域性陰極保護系統運行和關閉狀態下開展雜散電流檢查，對比GB/T 19285-2014標準中對交流干擾和直流干擾的評價指標可知，兩處測試點的交流干擾程度為“弱”，直流干擾程度為“中-強”。

03. 防腐蝕層缺陷及絕緣電阻檢測

對核島區的埋地管道開展防腐蝕層缺陷及絕緣電阻檢測，使用PCM+管道電流測繪系統對埋地管道防腐蝕層缺陷定位，開展埋地管道防腐蝕層絕緣電阻評價，得出埋地管道防腐蝕層的絕緣等級為2~4級，防腐蝕層存在缺陷15處。

同時，使用交流電位梯度（ACVG）和直流電位梯度（DCVG）法對檢測出的15處埋地管道防腐蝕層缺陷進行驗證，3處防腐蝕層缺陷處的地表電位梯度分布規律較明顯，2處防腐蝕層缺陷管道基體的腐蝕活性為陽極/陽極（A/A），其IR降分別為19.6%?32.2%，防腐蝕層缺陷嚴重程度為2級，應加強監管；另外1處防腐蝕層缺陷管道基體的腐蝕活性為陰/陰（C/C），其IR降為9.6%，防腐蝕層缺陷嚴重程度為1級，暫不需要維修。

04. 陰極保護電位檢測

核島區埋地管道和接地網整體采用外加電流區域性陰極保護，其接地網分區采用扁鋼、鍍鋅扁鋼、鍍鋅鋼管、銅絞線接地材料，其接地材料的保護面積約為1000m2，埋地管道保護面積約為10000m2，保護管道與非保護管道之間設有絕緣法蘭。在管道沿線設置60處分布式淺埋陽極和2處深井陽極地床對核島區埋地管道分區域開展陰極保護，分別為廠前區、廠后區四周、管廊區、04廠房以北和GIS廠房以南地區，管道沿線設置參比電極測試井，核島區埋地管道采用五臺恒電位儀對核島區埋地管道和接地網提供陰極保護電流。采用CIPS法對核島區埋地管道沿線的陰保電位開展檢測，在每臺恒電位儀的輸出端均設置GPS同步斷流器，檢測管道沿線的通電電位和斷電電位。

核島區的埋地管道的區域性陰極保護電位CIPS（密間隔電位檢測）檢測間距為0.5m，根據檢測結果對埋地管道沿線的陰極保護電位有效性進行評價。考慮到埋地管道周圍鋪設回填砂，并且核島區土壤電阻率較高，建議采用GB/T 19285-2014標準中極化電位差大于100mV的保護準則，對比CIPS測試管道沿線陰極保護電位與標準要求，核算出陰極保護電位有效管段的占比，在所檢測的管道中，大部分管道陰極保護有效，局部埋地管道陰極保護電位存在欠保護。

　　由圖2可見，15處埋地金屬結構物的陰極保護斷電電位達到了-850mV，26處埋地金屬結構物的陰極保護斷電電位達到了極化電位大于100mV標準，1處埋地金屬結構物陰極保護電位“欠保護”。

圖2 參比電極井安裝點埋地金屬結構物的通/斷電電位

05. 探坑開挖驗證和管體篩查

開挖驗證防腐蝕層的缺陷情況，確定防腐蝕層檢測的準確度，并對缺陷大小、管道陰極保護電位、防腐蝕層附著力等進行檢測，利用探坑開挖點，使用PI管道腐蝕超聲導波檢測系統對探坑開挖點兩側的埋地管道體積缺陷開展篩查。

對ACVG和DCVG檢查出的3處埋地管道防腐蝕層缺陷部位進行開挖驗證，發現2處防腐蝕層缺陷。圖3(a)所示缺陷處管道發生穿孔泄漏，圖3(b)為24cm×5cm的長條狀埋地消防水管道防腐層缺陷，為管道安裝過程中機械損傷所造成的。探坑開挖部位防腐蝕層附著力測試結果為合格。

（a）穿孔泄漏管道

（b）長條形防腐蝕層缺陷

圖3 防腐蝕層缺陷開挖驗證結果

超聲導波篩查消防水管道探坑兩側的埋地管道體積缺陷，篩查結果如圖4所示，消防水管道管體缺陷篩查的有效距離為10m，卡具向前、向后各5m的回波信號有效，且卡具往后-1.1m和往前2.1m處分別有兩個回波信號，聚焦顯示均不是管體缺陷。現場開展超聲測厚，管道實測所得的最小壁厚均大于出廠名義壁厚的87.5%，管道壁厚滿足繼續使用要求。

圖4 消防水管道管體缺陷篩查結果

結論與建議

(1) 全廠0~2m土壤層的腐蝕性較弱，0~4m和0~6m土壤層的腐蝕性較強，海水倒灌促進氯離子遷移，導致廠區土壤腐蝕性較強；全廠埋地管道存在較強的直流干擾，建議加強對該核電廠埋地管道直流雜散電流干擾的監測；

(2) 全廠埋地管道防腐蝕層主要為四油三布和環氧樹脂，大部分管道防腐蝕層的絕緣電阻為1.1~5.3kΩ·m2，少量管道的防腐蝕層的絕緣電阻低于1.0kΩ·m2；防腐蝕層發生老化降質，對管道基體的防護性能逐漸減弱；管體超聲導波篩查，未發現截面損失率大于3%的管體缺陷，且超聲實測管道最小壁厚均大于出廠名義壁厚的87.5%，管道壁厚滿足繼續使用，建議定期對全廠埋地管道防腐蝕層和管體缺陷開展篩查；

(3) 該核電廠核島區埋地金屬結構物區域性陰極保護系統可對其埋地管道和接地網提供良好的陰極保護，被保護埋地金屬結構物大部分區域的陰極保護電位滿足極化電位差大于100mV標準，局部位置埋地金屬結構物的陰極保護電流被鋼筋混凝土屏蔽，導致其陰極保護欠保護，建議在欠保護的部位補充安裝犧牲陽極塊，加強其保護效果。

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