在“雙碳”目標下，中國能源系統(tǒng)將向著多元、清潔方向發(fā)展。核能作為典型的低碳能源，可通過規(guī)模化替代化石能源助力能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，核安全是國家安全的重要組成部分，是核能行業(yè)發(fā)展的前提和生命線。而材料在核電站環(huán)境中的失效是導(dǎo)致核電設(shè)備發(fā)生事故從而引發(fā)核安全問題的重要因素之一，材料腐蝕與防護研究是核電安全高效發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

當前，我國核電已經(jīng)進入規(guī)?；⑴炕l(fā)展的新階段，核電工業(yè)的發(fā)展對材料腐蝕科學(xué)和防護技術(shù)提出了更高、更新的要求。我國核電站多沿海而建，作為核電站重要的輔助系統(tǒng)及冷源保障，海水系統(tǒng)主要分為海水過濾系統(tǒng)、海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及重要廠用水系統(tǒng)。陰極保護是核電冷源設(shè)備腐蝕控制的手段之一，但陰極保護設(shè)計不當會導(dǎo)致陰極保護系統(tǒng)運行故障，進而會加速腐蝕。

中冶檢測認證有限公司、中冶建筑研究總院有限公司和陽江核電有限公司的技術(shù)人員對核電冷源設(shè)備陰極保護特點和管理上存在的挑戰(zhàn)進行梳理，根據(jù)實際運行工況開發(fā)陰極保護及腐蝕智能監(jiān)測系統(tǒng)，兼具數(shù)據(jù)采集、存儲、遠程傳輸、遠程控制、故障預(yù)警等功能于一體，及時掌握陰極保護的運行狀態(tài)以及存在的問題，對故障進行分析，確保陰極保護持續(xù)有效運行。

一、核電冷源設(shè)備陰極保護系統(tǒng)特點

核電站設(shè)備多采用防腐(蝕)層和陰極保護聯(lián)合保護方式，防腐層不可能將金屬本體與外界腐蝕環(huán)境完全絕緣，陰極保護能夠很好地保護防腐層破損處的金屬本體。核電站的陰極保護系統(tǒng)分為外加電流系統(tǒng)與犧牲陽極系統(tǒng)兩種。犧牲陽極系統(tǒng)的保護范圍有限，且輸出電流不可調(diào)，一般犧牲陽極系統(tǒng)用于保護核電站中保護面積較小的結(jié)構(gòu)物。外加電流系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，且輸出電流可調(diào)，可以有效保護較大面積的鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)物。根據(jù)目前國家頒布的相關(guān)標準，金屬結(jié)構(gòu)物的陰極保護通電電位、極化電位是其日常管理中必須檢測的數(shù)據(jù)。且要求陰極保護極化電位要處于標準范圍內(nèi)，低于標準要求限值會導(dǎo)致“欠保護”，高于標準要求限值會導(dǎo)致“過保護”。陰極保護作為預(yù)防性腐蝕管理的主要方式之一，只有保證其運行質(zhì)量才能起到預(yù)期的防護目的。陰極保護有效性的評價及管理依賴于陰極保護參數(shù)的準確采集，但目前現(xiàn)有犧牲陽極保護系統(tǒng)無法準確掌握其保護效果，即使外加電流陰保方式，也只知其參比電位及輸出電流，但參比電位與保護電位在實際工況中有著一定差距。

現(xiàn)場條件的限制以及極化電位本身較難讀取等原因最終導(dǎo)致相關(guān)陰保參數(shù)無法被及時準確測量；人工檢測難度大，難以確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和連續(xù)性，而大修期間雖具備檢測空間，但此時海水已全部排空，陰極保護系統(tǒng)無法正常運行。這些不利因素都給陰保管理帶來了挑戰(zhàn)。旋轉(zhuǎn)鼓形濾網(wǎng)處于混凝土泵房內(nèi)，即便采用外加電流陰極保護系統(tǒng)，通過恒電位儀也僅能監(jiān)測預(yù)設(shè)位置附近的通電電位，與真實的保護電位存在誤差，其余大部分位置的保護效果未知，不銹鋼網(wǎng)片對陰極保護電流有屏蔽作用，海水介質(zhì)和潮位的變化都會對陰極保護效果產(chǎn)生很大的影響，有必要在多個位置安裝監(jiān)測傳感器，實現(xiàn)陰極保護效果的監(jiān)測以及差異化的分析。其余設(shè)備如攔污柵及導(dǎo)槽、閘門、二次濾網(wǎng)、凝汽器一般采用犧牲陽極保護，犧牲陽極的保護電位測量需要使用專用探頭，人工操作難度高、誤差大，大修期間只能檢修犧牲陽極系統(tǒng)的物理完整性，而犧牲陽極的工作電位、輸出電流則無測試條件，陰保管理存在盲區(qū)。

二、陰極保護與腐蝕智能監(jiān)測

鑒于核電冷源設(shè)備陰極保護系統(tǒng)存在的特點和管理難點，陰極保護智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生，其主要集成以下功能：通電電位、極化電位、交流干擾電壓、交流電流密度、交流電流密度、腐蝕速率等參數(shù)的自動采集、存儲與遠傳功能；非大修期間，具備遠程修改參數(shù)的功能；鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，監(jiān)測設(shè)備宜采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，盡量避免外接線纜或接頭，方便現(xiàn)場安裝與檢修；監(jiān)測器應(yīng)采用防水結(jié)構(gòu)設(shè)計，可滿足水下長時間應(yīng)用的要求，同時耐海水腐蝕；采用內(nèi)部電池供電，可滿足3~5年免維護應(yīng)用要求，并具備電池功耗監(jiān)測功能；具有內(nèi)部集成環(huán)境感應(yīng)測量功能，保證設(shè)備所處位置只有受到陰極保護，才進行陰極保護數(shù)據(jù)的采集；設(shè)備采用短距離無線通訊方式。

監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)測模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)管理平臺組成，如圖1所示。監(jiān)測模塊內(nèi)部集成數(shù)據(jù)采集單元/數(shù)據(jù)存儲單元/交互通訊單元/環(huán)境感應(yīng)單元/電池供電單元等，通過短距離無線傳輸將數(shù)據(jù)傳到智能自控通訊模塊，同時支持與移動客戶端進行藍牙通訊。智能通訊模塊內(nèi)部集成了供電單元、短距離無線通訊單元、多種數(shù)據(jù)通訊單元，可實現(xiàn)與設(shè)備監(jiān)測模塊的組網(wǎng)通訊，支持電池和220 V交流電兩種通電方式，支持藍牙通訊和有線遠傳數(shù)據(jù)通訊端口等。數(shù)據(jù)管理平臺具備數(shù)據(jù)存儲、展示、統(tǒng)計分析、人機交互等功能，支持與電站已有平臺進行融合。

圖1 核電冷源設(shè)備陰極保護及腐蝕智能監(jiān)測系統(tǒng)示意

三、鼓形濾網(wǎng)的監(jiān)測實例

鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)是核電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要過濾設(shè)備，骨架由槽鋼組成，監(jiān)測設(shè)備可安裝于槽鋼內(nèi)部，以減少海水和海生物對設(shè)備的沖擊。其組成材料包含碳鋼和不銹鋼，采用陰極保護與防腐蝕涂料聯(lián)合保護，監(jiān)測裝置安裝示意如圖2所示。

圖2 監(jiān)測裝置安裝示意

鼓形濾網(wǎng)在運行期間，只有下半部分處于全浸區(qū)，且實時轉(zhuǎn)動，僅浸入海水的部分受到陰極保護。不均一的材質(zhì)組成，海水中溶解氧、氯離子、藥劑（如殺生劑低濃度次氯酸鈉）等的作用，以及海水的沖刷、海生物的附著等均會影響陰極保護的效果。

1、數(shù)據(jù)分析與管理

目前，鼓形濾網(wǎng)陰極保護既有犧牲陽極保護也有外加電流保護。針對犧牲陽極保護，僅大修期間可以檢查犧牲陽極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性，而人工檢測鼓形濾網(wǎng)真實的保護電位不僅難度很大，精度也不高。針對外加電流系統(tǒng)，可以對恒電位儀所得數(shù)據(jù)進行陰極保護輸出參數(shù)異常情況分析，但恒電位儀測得保護電位為單點數(shù)據(jù)，且參比電極距離鼓網(wǎng)表面較遠，存在IR降誤差，鼓形濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，保護電位分布不均，非監(jiān)測位置的保護情況未知。

本案例對兩處位置進行監(jiān)測，所得參數(shù)見圖3~6。

圖3 位置1處的陰保參數(shù)監(jiān)測結(jié)果

圖4 位置2處的陰保參數(shù)監(jiān)測結(jié)果

圖5 位置1處腐蝕檢查片的剩余壁厚

圖6 位置2處腐蝕檢查片的剩余壁厚

2、陰極保護運行狀態(tài)

由圖3和4可見：兩處監(jiān)測點位置的電流變化基本一致，分為兩個階段，先逐漸減小后趨于穩(wěn)定(電流絕對值)，這主要因為設(shè)備安裝時處于大修期，陰極保護系統(tǒng)處于停運狀態(tài)，投產(chǎn)后試片處于極化狀態(tài)，所需陰保電流較大，極化過程中，所需電流逐漸減小，極化穩(wěn)定后電流也趨于穩(wěn)定。

3、陰極保護輸出參數(shù)變化

陰極保護輸出參數(shù)發(fā)生變化，恒電位運行模式下現(xiàn)場測得保護電位發(fā)生變化或人工調(diào)整預(yù)置電位值及恒電流模式下人工調(diào)整，都會導(dǎo)致輸出電流的變化，監(jiān)測到的通電電位和斷電電位也會同步變化，具體為：電位負向偏移時伴隨著流經(jīng)試片的電流值變大，通電電位和斷電電位同步正向偏移而流經(jīng)試片的電流值變小。本案例中兩處監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：2021年11月5~6日均有一段通電電位和斷電電位負向偏移，流經(jīng)試片電流變大，說明陰極保護電流輸出變大。

4、腐蝕環(huán)境變化

鼓形濾網(wǎng)處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速有時會有調(diào)整，同時為避免海生物附著會添加海生物殺生劑，一般采用次氯酸鈉。其作為去極化劑，加入后會導(dǎo)致電位正向偏移，但輸出電流未見減少甚至增大，建議輔以自腐蝕電位進行判斷。自腐蝕電位的變化受環(huán)境影響較大，以本案例中檢測數(shù)據(jù)為例，在2021年11月1日后以及11月12日前后，兩處位置均監(jiān)測到通電電位、斷電電位、自腐蝕電位同步正向偏移，應(yīng)該是海生物殺生劑的添加使得次氯酸鈉濃度增加，去極化作用導(dǎo)致電位正向偏移。

5、腐蝕速率

本系統(tǒng)帶有腐蝕速率監(jiān)測功能，可以通過監(jiān)測試片壁厚的變化定量計算腐蝕速率。本案例中由于監(jiān)測時間較短，試片壁厚未見明顯減薄。鼓形濾網(wǎng)處于半浸泡狀態(tài)，運行期間干濕交替，處于液面之上時的部分陰極保護無法起到有效的保護作用，此時主要依靠防腐涂層和材料自身的耐蝕性以及設(shè)計腐蝕裕量進行防護。腐蝕速率的監(jiān)測結(jié)果能夠判斷鼓形濾網(wǎng)處于大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)的腐蝕程度，對于預(yù)防性腐蝕管理可以提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

四、結(jié)論與展望

(1) 核能作為清潔能源將在雙碳目標下大力發(fā)展，陰極保護對保障海水循環(huán)系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備的安全運行至關(guān)重用，核電陰極保護系統(tǒng)相對復(fù)雜，適用于核電站的陰極保護及腐蝕智能監(jiān)測系統(tǒng)需要針對性地開發(fā)，搭建多參數(shù)采集、穩(wěn)定傳輸、智能預(yù)警等多功能一體化平臺。

(2) 通過對多項監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析，可掌握結(jié)構(gòu)物整體的陰極保護效果，同時對陰保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性故障、輸出參數(shù)主動或被動的變化、環(huán)境變化等各種因素導(dǎo)致的陰極保護電位偏移進行精準分析，對于陰極保護系統(tǒng)的智能管理和故障排查具有重要意義。

(3) 腐蝕速率監(jiān)測數(shù)據(jù)可定量判斷設(shè)備的腐蝕狀態(tài)和防護效果，掃除了鼓形濾網(wǎng)在陰極保護欠保護或完全無法起到作用時腐蝕狀態(tài)的管理盲區(qū)。

(4) 核電關(guān)鍵設(shè)備陰極保護及腐蝕智能監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用目前還處于起步階段，前期只能基于陰極保護電位進行有效性的預(yù)警，隨著大量數(shù)據(jù)的積累，通過多維度的大數(shù)據(jù)分析，可以實現(xiàn)風險的及時感知、早期預(yù)警及高效處置。

五、夢能服務(wù)與支持

1、免費樣品

如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用，請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

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用于新建項目：驗證油漆配套的可行性、檢驗附著力、效果圖與實際顏色的色差。

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申請用量：在1KG以內(nèi)免費送貨上門。

2、免費打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實際應(yīng)用、外觀、性能測試，請與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢能科技營銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團隊

夢能對技術(shù)服務(wù)團隊始終進行一系列的標準化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務(wù)人員進行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進的涂裝檢驗儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時間期限進行定期校驗，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購買通道

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