AP1000消防系统管道腐蚀问题及改进措施

AP1000消防系统管道腐蚀问题及改进措施

刘康

中核集团三门核电有限公司浙江三门317100

摘要：消防水系统是核电厂重要的灭火措施，而消防管道的耐腐蚀性直接影响消防系统的可靠性，进而影响核电厂的运行。结合三门核电消防系统的腐蚀情况，指出电化学腐蚀和微生物腐蚀是消防管道腐蚀的主要原因，并介绍了管道腐蚀的危害及应对方法，以尽可能的降低消防管道的腐蚀速率，提高消防系统的使用寿命。

关键词：消防系统；腐蚀；加药；冲洗

1.前言

三门核电采用第三代先进压水堆核电（AP1000）技术建造，采用非能动和模块化建造的设计理念，消防水系统在提供灭火功能之外，还是余热排出的冷却水，是非能动安全壳冷却系统和乏燃料池的备用水源，消防水系统的重要性不言而喻。

三门核电消防水系统设计上分为两部分，一是核岛消防水系统，根据NFPA相关规定设计，二是常规岛及BOP消防水系统，根据国标设计。其中核岛消防水系统管道为ASMEA106碳钢，常规岛消防水系统管道为热镀锌钢管，本文只对核岛消防水管道的腐蚀问题进行分析讨论。

2.消防系统腐蚀情况及危害

随着三门核电1&2号机组消防系统运行时间的增加，阀门开关卡涩、螺纹接头等位置的跑冒滴漏现象逐渐增加，阀门内漏发现的也越来越多。而在消防系统检修中，多次发现从管道中排放出的水呈黑色或黄色（图1），且有悬浮物，气味刺鼻，经过长时间冲洗后，排出水的水质才有所改善；部分管道内壁有黄色絮状物覆盖，或是内壁有大量管瘤存在（图2）。由此可见，消防系统面临的管道腐蚀问题越来越严重。

图1管道中排出的消防水呈黑色图2管道内壁出现管瘤

消防管道腐蚀产生的危害主要包含以下三方面：

1）管道腐蚀造成消防水质恶化，水中铁锈颗粒等杂质过多。在自动喷水灭火系统中腐蚀产物随着水流夹带会堵塞喷头、堵塞雨淋阀组内细小管件，同时还存在损坏密封面的隐患，造成雨淋阀漏水或误动作。管道腐蚀严重时，还会堵塞细小管道，导致消防水流量和压力达不到设计要求，影响系统的灭火功能。

2）管道腐蚀会造成管道壁厚减薄，积年累月会有造成管道承压能力降低、管道穿孔、甚至爆管的严重情况。根据某在运核电站的腐蚀记录档案[1]，到2007年为止，该核电站消防系统在投入运行的第11年和第14年，分别发生过一起消防管道腐蚀泄漏事件，检查结果发现管道已严重腐蚀，内壁上有大量的管瘤，严重的已发生管壁穿孔。

3）由于管道腐蚀问题，管道中会产生锈渣等杂质，阀门在开关等操作过程中，会导致阀门密封面被杂质卡住，造成阀门密封面损坏，最终表现为阀门密封不严，跑冒滴漏情况越来越多，大大增加了维修人员的工作量，提高了维护成本。而且消防系统在维修时，还需要隔离维修区域的消防系统，影响该区域消防安全。

3.消防管道腐蚀原因分析

碳钢在淡水中的腐蚀情况比较复杂，同时存在多种腐蚀行为，如化学腐蚀，电化学腐蚀，冲刷腐蚀，微生物腐蚀等，消防管道的内部腐蚀主要是电化学腐蚀和微生物腐蚀。

3.1电化学腐蚀性分析

三门核电消防系统水源来自于生活水和工业水，水中不可避免的会含有一定量的Ca2+、Mg2+、Na2+、K+、CO32-、Cl-等离子，水中的各种正负离子，与碳钢管道中的各种离子之间能够形成无数微小的原电池，如Fe释放电子形成Fe2+，水中的氧失去电子最终形成OH-，二者结合生成氢氧化铁，即铁锈。

电化学腐蚀与水中的含氧量、pH值、溶解成分等因素有关[2]。水中的含氧量越高、pH值越小、氯离子含量越高，则碳钢的电化学腐蚀速度越快。

3.2微生物腐蚀分析

微生物腐蚀是由水中的微生物直接或间接参加的腐蚀，一般不是单一微生物起作用，而是细菌、真菌、藻类等多种微生物共同引发腐蚀。

碳钢的微生物腐蚀有好氧腐蚀和厌氧腐蚀，铁细菌等好痒细菌能够在碳钢表面形成管瘤，管瘤下又会形成厌氧环境，促进厌氧细菌的繁殖，如硫酸盐还原菌（SRB）。SRB在厌氧条件下大量生长和繁殖，产生粘液物质，加速垢的形成，造成管道的堵塞。而且管道在SRB菌落下处会发生严重的点蚀腐蚀，以至于出现管道局部腐蚀穿孔的情况。

在SRB生长代谢的过程中会形成生物膜，并且降低pH值，会进一步加快碳钢的腐蚀速度[3]。

三门核电消防系统管网压力平时是由消防稳压泵维持，在消防稳压泵运行时，管网内的消防水会产生一定的波动，扰动的消防水会带进一定量游离态的氧，这样游离态的氧给水中的微生物提供了必要的营养物质，加速了微生物的生长和繁殖，进而又加速了管道腐蚀。

4.改进措施

4.1改进管材和阀门的选用

应根据有关规范和现场实际选用管材和阀门，如将管道材质由碳钢改为不锈钢，其与碳钢相比，不锈钢具有耐腐蚀、美观、耐热及生命周期长的特性。同时由于不锈钢的优良性能，大大减少了消防系统日常维护和检修的成本。相对于碳钢管道，不锈钢管道的缺点是价格昂贵，建造成本高。建造成本与维护成本相比较，还需进一步深入考虑。如选用铜质阀门，三门核电核岛室内消火栓的材质均为铜质，相对于碳钢，铜质阀门更加耐腐蚀，现场几乎没有铜质阀门锈蚀的情况。

4.2加药

影响消防管道腐蚀的因素众多，其中微生物和pH对管道腐蚀有决定性作用，因此减少微生物和调节pH能够有效的降低腐蚀速率。

消防系统在安装完成后的首次冲洗前，向消防水箱中投放杀菌剂、碱性试剂或其他能够调节pH和杀菌的化学药剂，促使消防水呈碱性，并减少细菌的生长和繁殖，即通过改善消防水源的水质，从而保证整体消防水的水质，降低消防管道的微生物和电化学腐蚀速率。

4.3冲洗

在消防水系统日常维护管理中，加强水质的监督，定期对消防水进行取样检测，并根据化验情况，对消防管道进行冲洗，具体方案如下：

通过主管网上的隔离阀，将需要进行冲洗的管道和支管进行隔离，利用室内外消火栓，干、湿式报警阀和雨淋阀的放水阀，管道上的排水阀等，启动消防泵，使冲洗流量达到设计流量，进行开式冲洗。通过冲洗，将管道内的污水排放，并对管道内壁的腐蚀物进行冲刷、排出，使得消防给水管网始终保持清洁水源，从而降低管道腐蚀速率。除此以外，对冲洗频率、冲洗部位等进行统计，最终形成一套完善的维护方案。

5.总结

结合三门核电消防系统现状，管道材质已无法变更，因此建议采取加药与冲洗相结合的方式，逐步将消防水箱和消防管道中的污水置换，并在日常维护中定期取样检测，最终寻找出适合的加药和冲洗频率，同时也为后续项目消防系统的日常维护提供参考依据。

参考文献：

[1]王水勇，白荣国，刘飞华，等.大亚湾核电站消防管道的腐蚀问题及其处理对策[J].核科学与工程，2010，30（增刊）：78~83.

[2]曹刚，高翠，甘复兴.碳钢在淡水环境中的腐蚀行为[J].装备环境工程，2006，（01）：46~51.

[3]刘靖，范洪波，徐海平，等.碳钢在微生物介质中的腐蚀电化学行为[J].电化学.2002，（02）：186~190.