防腐涂装2
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。
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和检测方法。
2.1、 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》）
2.2、 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》）
2.3、 EJ/T 1111-2000《压水堆核电厂用涂料 漆膜受γ射线辐照影响的试验方法》（本标准综合采用：ASTM D 4082-1995《轻水堆核电厂中涂层受γ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》）
2.4、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》）
2.5、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
3.1、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。
3.1.1、核岛内涂料的试验方法
3.1.1.1、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σ键外还有离域大π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，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
涂料名称 耐辐射的最大剂量/Mrad
二苯基硅氧烷 5000
酚醛 5000
环氧酚醛 5000
催化型环氧 5000
苯乙烯 5000
乙烯基咔唑 4000
沥青涂料 2000
聚氨酯 1000
三聚氰胺甲醛 1000
脲-三聚氰胺 500
聚乙烯醇缩丁醛 500
硝基纤维素涂料 100
醋酸纤维素涂料 50
3.1.1.2、去污染性能
涂层经受核辐射后，表面会留下放射性污染物，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/DF
DI=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20%，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%。
3.1.1.3、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。
3.1.1.4、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。
3.1.1.5、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，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。
3.2、非核区涂料（对腐蚀环境的划分）
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。
腐蚀等级
C1 很低 外部： ------------------
内部：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 外部：轻度的大气污染，乡村
内部：有冷凝发生，没有供热设施的地方，如库房、体育馆
C3 中 外部：城市工业大气，中等的二氧化硫污染，低盐度沿海
内部：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 外部：高盐度的工业区和沿海区
内部：化工厂、船厂
C5-I很高（工业） 内部：高湿度和侵蚀性大气的工业区
外部：总是有冷凝和高湿度的建筑和区域
C5-M很高（海洋） 内部：高盐度的沿海和离岸地带
外部：总是处于高湿、高污染的建筑物
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：
4.1.1、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
4.1.2、涂层所处的环境条件，如室内大气环境、露天海洋环境等
4.1.3、涂层所涂覆设备的运行条件，如温度，是否为保温材料等
4.1.4、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：
P I A 100
P（E）: 新刷（维护）；
I（E）: 室内（室外，海洋性大气环境）；
A（B/C/D/T）： A地坪，室内非核区正常环境/B室外，室内非核区腐蚀环境/C；室外反应堆厂房 内/D除反应堆厂房外其它核区/T设备运行温度高于120℃；
100 ： 地材的性质和运行条件。
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。
核电涂层系统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的强碱性局部环境本身具有较强的防腐能力，所以涂装在混凝土上的涂料也多选用环氧涂料，主要是因为环氧涂料中没有聚合物结构中常见的酯键，而酯键会在碱性环境中发生皂化反应，从而导致聚合物结构破坏。
我国的核电站建设迎来一个发展高峰期，涂料作为核电站用量最大的非金属材料，在核电站建设中占据着重要一环，我国的核电涂料经过多年的研究发展取得长足进步，满足核电站应用要求，但也必须充分认识到核电专用涂料研发的技术难度和复杂性，在不少方面，特别是在试验技术条件上，与国外Peintures Maestria、PPG、Carboline Co等相比，尚存在一定差距。
江苏悦中悦高空工程有限公司
2019年8月7日
