1、 核电涂料浅谈2016 年 9 月 3 日杭州 G20 峰会前，作为全球碳排放最多的两个国家，中国和美国完成了国内批准巴黎协定的法律程序，正式加入巴黎协定 ，将参加巴黎协定的国家的排放量占全球排放的份额从 1.08%提高到 39.06%，在全球气候治理上迈出重要一步。全球气候变暖，各国都积极探索减少二氧化碳等温室气体排放的方法，而巴黎协定的加入，意味着以煤炭为主的能源供应结构将会发生重大变化，发展清洁高效能源，这是国家制定的政策导向，也是时代发展的大势所趋。谁来逐步接替煤炭成为我国能源供应的主要来源？水电由于季节性因素显然不适宜，而光伏、风电等由于周期性及不稳定性显然也很难。核能作为清洁能源的
2、一部分，经过第一代、第二代核电站的发展，现如今投入运行和建造的第三代核电，其技术已日趋成熟，非能动系统保障稳定运行，在性能优势上超越光伏、风电、生物能等，大力发展核电有利于增加对二氧化碳的减排力度，减少温室气体的排放。在 2011 年日本福岛核电站事故后各国谈核色变的今天，我国立足未来长远发展，重新布局国内的能源格局，以核电能源替代传统能源，兼顾发展太阳能、风能等可再生能源，成为目前全球在建和计划建设核电站最多的国家。以下是我国运行、建造和筹建中的核电站中国已经运行的核电站：1：浙江秦山核电站，地处浙江省海盐县2：秦山二期核电站及扩建工程，计寿命为 40 年。3：秦山三期核电站，参考电厂为韩国
3、月城核电站 3 号 4 号机组，总投资 28.8亿美元。4：广东大亚湾核电站，拥有两台装机容量为 98.4 万千瓦的压水堆核电机组5：广东岭澳核电站一期，拥有两台装机容量为 99 万千瓦的压水堆核电机组6：江苏田湾核电站一期，位于江苏省连云港市连云区田湾建设中的核电站：1：广:岭澳二期核电站，广东地区建设的第三座大型商用核电站2：辽宁红沿河核电站一期，是东北地区第一个核电站。3：福建宁德核电站一期，该核电项目规划建设六台百万千瓦级压水堆核电机组。4：福建福清核电站，工程规划装机容量为 6 台百万千瓦级压水堆核电机组。5：广东阳江核电站，2008 年 12 月 16 日，阳江核电正式开工建设。6
4、：浙江秦山核电站扩建_方家山核电，位于浙江省海盐县方家山，距离秦山核电站一期工程反应堆约 600 米7：中国实验快堆，从 1995 年 12 月立项，2000 年 5 月浇灌第一灌混凝土，2002 年 8 月实现核岛厂房封顶，2009 年 9 月达到首次临界，2010 年 6 月实现并网发电。8：浙江三门核电站，位于浙江省东部沿海的台州市三门县9：广东台山核电站一期，广东省江门市辖台山市赤溪镇，位于黄茅海西岸进出海口处的腰古湾海滨。10：山东海阳核电站，位于山东省烟台市辖海阳市留格庄镇原冷家庄和董家庄11：山东石岛湾核电站，从 2004 年选址到破土动工，石岛湾核电项目“落地”仅用了 3 年多
5、的时间12：海南昌江核电站一期，位于海南岛西海岸的昌江县海尾镇塘兴村境内，频临北部湾。二，正在筹建中的核电站：1：湖南桃花江核电站，位于湖南省益阳市桃江县沾溪乡肖车塘村谢家塘冲，资水右岸。2：湖北大畈核电站，2008 年 3 月 28 日，湖北咸宁大畈核电项目进厂道路正式开工3：江西彭泽核电站，江西彭泽核电站建设进入实质性操作阶段，项目首期工程规划装机容量为 500 万千瓦4：广东陆丰核电站一期，陆丰核电站位于陆丰市碣石镇田尾山。5：广西红沙核电站，位于广西自治区防城港市港口区光坡镇红沙村6：辽宁徐大堡核电站，兴城徐大堡核电项目位于辽宁省葫芦岛市：7：重庆涪陵核电站，位于涪陵区南沱镇的长江南岸
6、，隶属涪陵区南沱镇管辖。8：广东海丰核电站，位于广东省海丰县鲘门镇百安村。9：四川三坝核电站，已经国家电规总院批复同意，敲定为蓬安三坝厂址。10：浙江龙游核电站，规划建设 4 台 100 万千瓦级核电机组规模。11：辽宁东港核电站，选址在丹东东港，共有 4 台百万千瓦的发电机组。 （金山股份的）12：安徽芜湖核电站，位于安徽省芜湖市繁昌县荻港镇芭茅山。13：河南南阳核电站，位于南阳市南召县鸭河口水库南岸。14：湖南小墨山核电站，位于华容县东山镇塔市驿管理区杨家湾村小墨山北坡。15：吉林靖宇核电站，位于吉林省东南部白山市靖宇县赤松乡岗顶村南侧。16：安徽吉阳核电站，厂址坐落在安徽池州市东至县长江
7、南岸胜利镇吉阳村。17：福建漳州核电站，优先候选厂址为云霄县列屿镇刺仔尾。18：福建三明核电站，选址福建三明尤溪县西滨镇。19：广东揭阳核电站，选址位于揭阳市惠来县仙庵镇东北约 6 公里的乌屿沿海处。20：广东韶关核电站，正在筹建的韶关核电项目选址初定在曲江区白土镇。21：黑龙江佳木斯核电站22：浙江苍南核电站，大渔和霞关两个候选厂址。23：湖北松滋核电站，松滋核电项目选址区位于松滋市北部陈店镇内的马峪河林场。24：广东肇庆核电站，核电建设规模六千万千瓦，建设总投资超过五百亿元人民币。25：湖北浠水核电站，位于湖北省浠水县清泉镇马畈村，厂址地处浠水河下游（注：以上是我国核电站建设分布，内容来源
8、自网络）核电站用涂料系统，作为核电站建设必不可少的重要组成部分，承载着保护核电站内包括金属、混凝土在内各部分结构，免受环境中多种腐蚀因素侵蚀的重任，因此，在选择对应配套的涂层系统上，核电建设者们必须审慎对待。因为核电站需要大量的冷却水，所以我国建设和计划建设的大部分核电站均在海边，所有的设备和建筑物不仅要承受阳光暴晒和风吹雨打，还会受到盐雾、海水和潮气的侵蚀，极易受到腐蚀，相关设备所选用的涂装防护系统不仅要具有良好的防腐性能，同时要求漆膜坚硬耐冲击并具有良好的耐候性、耐水性、附着力强和装饰等诸多性能。以大亚湾核电站为例，室内金属构件主要采用磷酸锌环氧聚酰胺底漆/聚酰胺环氧苯酚面漆或环氧云母氧化
9、铁涂料/高固体份环氧涂料；室外金属构件主要采用含硅或环氧富锌底漆/聚酰胺环氧乙烯中间漆/ 脂肪族聚酯聚氨酯面漆或环氧富锌涂料，以及环氧云母氧化铁涂料。1 核电站主要涂装部位a 核岛内部钢结构、安全壳 b 核岛内部混凝土结构 c 常规岛、BOP（电站配套设施）钢结构/混凝土结构等 d 风道、管道 e 各类储罐（油、水、化学品）f 埋地件 g 与液体介质接触部位等。核电站运行结构示意图2 核电站防腐涂装主要引用标准我国核电发展起步较晚，核电技术主要引进自法国和美国，如最新建设的浙江三门核电站两台机组就来自美国西屋第三代最先进的 AP1000，所采用的标准和测试方法也基本参照了美国和法国所制定的标准
10、和检测方法。a EJ/T 1086-1998压水堆核电厂用涂料 漆膜在模拟设计基准事故条件下的评价测试方法 （本标准采用：ASTM D 3911-1995轻水堆核电厂用涂料在模拟设计基准事故条件下的性能和可修补性试验方法和 NF T30-900-1996色漆和清漆 核工业用涂料在设计基准事故条件下的性能和可修补性试验方法 ）b EJ/T 1087-1998压水堆核电厂用涂料耐化学介质的测定 （本标准采用：ASTM D 3912-1995轻水堆核电厂用涂料耐化学性的标准试验方法 ）c EJ/T 1111-2000压水堆核电厂用涂料 漆膜受 射线辐照影响的试验方法 （本标准综合采用：ASTM D
11、4082-1995轻水堆核电厂中涂层受 射线辐照影响的标准试验方法和 NF T30-903-1998色漆和清漆 核工业用涂料在电离辐照下稳定性的试验 ）d EJ/T 1112-2000压水堆核电厂用涂料 漆膜可去污性的测定 （本标准等效采用：NF T30-901-1995色漆和清漆 核工业用涂料沾污敏感性和去污能力的评价试验方法 ）e RCCM-2000（法国） 压水堆核岛机械设备设计和建造规则（注：ASTM 美国材料与试验协会，NF 法国标准的代号）3 核电站防腐涂料及其涂层系统 核岛内涂料核岛内涂层除了防腐蚀要求外，还应具备耐核辐射能力，并且要容易去污，对其中某些设备和部位，例如核燃料的贮
12、槽和输送管道等，还必须具有优异的耐化学腐蚀性和吸收射线能力，以防止放射源周围环境受到污染。a 核岛内涂料的试验方法（1） 耐辐照性能试验对核电站所用涂料，一般要求至少能耐 109rad 的剂量，研究发现，在聚合物结构中，如果主链和支链上带有芳香环，则其耐辐射性好，受核辐射引起的降解轻微，而不带芳香环的聚合物，如聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸脂等，在核辐射下易降解。这是因为苯环中的碳碳除了 键外还有离域大 键的作用，这种近乎于双键的性质使得碳碳键较为稳定，在核辐射下不易破坏而降解，有机硅涂料是目前耐核辐射剂量最高的，可达 1011rad，其原因也在于硅氧键名为单键，但实际上硅氧键的部分离子化
13、，O 的孤电子对与 Si 的 3d 空轨道发生反馈重叠而生成第二个键，使得 Si-O 键能达到 422.5KJ/mol，超过 C-C 单键 345.6KJ/mol，在核辐射下更稳定。以下是 13 种涂料耐辐射的最大剂量涂料 耐辐射的最大剂量/Mrad涂料 耐辐射的最大剂量/Mrad二苯基硅氧烷 5000 聚氨酯 1000酚醛 5000 三聚氰胺甲醛 1000环氧酚醛 5000 脲-三聚氰胺 500催化型环氧 5000 聚乙烯醇缩丁醛 500苯乙烯 5000 硝基纤维素涂料 100乙烯基咔唑 4000 醋酸纤维素涂料 50沥青涂料 2000（2） 去污染性能涂层经受核辐射后，表面会留下放射性污染
14、物，所谓去污染性能，就是指污染之后的涂层表面上的放射性污染物能够被消除或减少到相当低的程度。用除污率 DI、去污因子 DF 和去污百分数 A 来表示，它们关系如下：DF=去污前的放射/去污后的放射A=1-1/DFDI=lg DF说明：当 DF 为 20 时，A 为 95%，表示去除了 95%的污染物，当 DF为 100 时，A 为 99%，去除了 99%的污染物。涂层的去污染性能在很大程度上取决于其表面性质和表面状态，如果表面均匀、平滑、致密和坚硬，则不易吸附放射性污染物，且能耐去污剂的多次洗涤。试验方法按照 EJ/T1112，国内核岛涂装的验收要求是去污率不低于 85%，沾污敏感率不大于 2
15、0%，据传，应用于法国所有核电站的 Peintures Maestria 涂料，其去污率高达 94.8%。（3） 冷却剂事故损失试验（LOCA 试验）也叫做漆膜在模拟设计基准事故条件下稳定性试验（DBA 试验）在核反应堆运转过程中，必须考虑冷却剂因事故而损失的可能性，LOCA 试验方法是把试样放在高温高压容器中，将 pH 约为 9、含 3000mg/Kg 的硼酸水溶液喷入，经规定的周期试验后取出样板，检查评定，样板涂层不得有任何损坏，否则判定涂层系统不合格。在 DBA 模拟事故中，管道内会瞬间产生伴随大量放射性物质的高温高压水蒸气，因此管道内涂层需要具有高的干膜密度，以便脱落的涂层碎片进入循环
16、水后能沉降下来，不随水流迁移，否则进入反应堆冷却回路，导致泵、喷嘴管线堵塞而引发更大事故。因此，管道内壁涂装多采用高固体份环氧涂料，不仅只是为了满足施工环保，降低 VOC 的要求，还是为了提高干膜密度而做的设计。（4） 耐化学介质试验核岛内常见的气体腐蚀介质有氧化氮、氯、氟等，液体腐蚀介质有硝酸、硫酸、柠檬酸等，这些腐蚀介质中最常遇到的是氧化氮和硝酸，涂层除必须耐核辐射外，还要耐腐蚀，具有良好的化学稳定性。（5） 核岛内各种装置在不同部位所接受的辐射剂量不同，靠近辐射源是高能辐射，远处是低能辐射，还有，不同设备和不同部位的耐热性、电绝缘性以及耐老化等其他方面的性能要求。综合核岛内涂装技术要求，
17、环氧树脂在抗 LOCA 试验、去污、抗辐射、抗盐雾、抗磨损、附着力、抗老化、耐高温等方面综合性能突出，因此在核电涂装中应用较广，市场上很多核电涂料产品，比如武汉鹏鑫机电设备有限公司代理销售的核电涂料，就以环氧类居多。 非核区涂料处于室内外的大气环境（包括室内外的海洋气候）的金属钢结构，应根据 ISO12944-2腐蚀环境分类 的规定，将非核区域细致划分，根据金属和混凝土结构所处的腐蚀环境正确选择配套的涂层系统。参考环境（仅作参考）腐蚀等级外部 内部C1 很低 空气洁净环境下有供暖设施的建筑，如办公室、商店、学校C2 低 轻度的大气污染，乡村 有冷凝发生，没有供热设施的地方，如库房、体育馆C3
18、中 城市工业大气，中等的二氧化硫污染，低盐度沿海高湿度和有污染空气的生产场所，如食品加工厂，洗衣厂，酒厂C4 高 高盐度的工业区和沿海区 化工厂、船厂C5-I 很高（工业）高湿度和侵蚀性大气的工业区总是有冷凝和高湿度的建筑和区域C5-M 很高（海洋）高盐度的沿海和离岸地带 总是处于高湿、高污染的建筑物上表是对腐蚀环境的划分4.核电涂层系统代号核电站内部环境和结构复杂，各部分对涂层的要求也不尽相同，所以在核电涂装中会将核电站的涂层系统进行分类。4.1 涂层系统分类依据：涂层系统根据以下几方面分类： 涂层所处的位置，例如：反应堆厂房、反应堆厂房外核区、非核区 涂层所处的环境条件，如室内大气环境、露
19、天海洋环境等 涂层所涂覆设备的运行条件，如温度，是否为保温材料等 基底材料的性质，如钢铁、镀锌等4.2 涂层系统代号涂层系统代号由三个英文字母、三个阿拉伯数字和组成：三个英文字母表示涂层系统的系列代号；三个阿拉伯数字表示底材的材料性质和运行条件；与大气接触的涂层系统代号见以下示意图：埋入土中或与液体介质接触的涂层系统代号见下表：系列代号 涂层所接触的介质PLA 埋入水中PLB 硬水PLC 软水PLD 除盐水PLE 海水PLF 碳氢化合物PLG 酸性溶液PLH 碱性溶液PLJ 放射性液体5.核电涂层系统性能评定单一的涂层无法同时满足核电涂装所有的性能要求，所以，涂装在机械设备和墙面地板上的涂层指
20、的都是一套涂层系统，涂层系统是由几种不同类型的涂层结合而成，以金属机械为例，一般由“底-中-面”三层组成完整的涂层配套系统。底漆：对基底有良好的附着力，并有优异的防腐防锈作用，主要有无机富锌底漆和富锌环氧底漆。中间漆：增加涂层厚度以提高整个涂层系统的屏蔽性能，比如高固体份环氧厚浆漆，云母氧化铁环氧漆。面漆：遮蔽太阳紫外线以及污染大气对涂层的破坏作用，抵挡风雪雨水，还要兼具美观装饰作用，主要有丙烯酸聚氨酯面漆。以下是法国 Peintures Maestria 提供的部分核电涂装系统表：室外金属防腐系统FNP N EDF 参考编 产品配型 膜厚 应用核区号1022 EDF 063Ferrocote
21、FerrocotePolystria v0180m80m40mPEA 200-201-203PEB 200-201-203EEA 200-203EEB 200-2031062 EDF08-003-2 R12FerrocoteFerrocotePolystria v01120m120m40mPEA PEB PEC 200201-203-204EEA EEB EEC 200203-2041063 EDF08-018 R8Epodux Zinc 62-208Epodux Primer 61-134 v01Polystria v0150m50m50mPEA PEB PEC 220204EEA EEB
22、EEC 2202241064 EDF08-005 R11Primodux HPrimodux HPolystria v0190m90m50mPEA PEB PEC 200201-203-204（EDF：法国电力集团 FNP：法国涂装系统标准）注：法国 70%的电力来源于核电，法国核电站的研究不仅起步早，而且遍布全国，几十年来并未发生过核泄事故，一直运行安全稳定，技术也较成熟，在核电领域上与我国保持着密切的合作伙伴关系。FNP 是 EDF 为核电站制定的涂料标准，也是国际上较为权威的核电涂料认证。由上表也可以看出，核电涂料是以整套的涂层配套系统为单位而被权威检测机构审核检测并认证的。核电涂层系统
23、都会经受附着力试验、耐盐雾试验、人工老化试验、耐温试验、耐液体性试验、去污试验、耐辐照试验、模拟 DBA 试验及修补性试验、耐磨试验以及卤素、硫含量的测定。根据涂装区域不同，上述试验对涂装系统的要求也会有区别，比如，在PIC、PID 涂层配套中，硫和卤素含量应限制在小于等于 1000ppm 的范围内，而对 PLD、PLJ 涂层配套中硫和卤素含量应限制在小于等于 200ppm 的范围内。核电站用涂料系统以保护金属和混凝土构件为主，除上述试验外，还要具备一般的重防腐要求，特别是非核区域的室外环境，去污、耐辐照、LOCA 模拟试验等反而不是最重要的性能要求，这时的金属结构还是以防电化学腐蚀、耐久、附着力、机械性能等为重点，而混凝土结构的涂装则阻止 CO2 的渗透以防止其内部的碱性环境被减弱破坏。在此需要说明的是，混凝土内部多孔，硅酸二钙和硅酸三钙局部水解产生
