CN115824937B - 一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料腐蚀领域，具体涉及一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法。包括如下步骤：步骤1：建立核电厂陆地大气区腐蚀试验站；步骤2：建立核电厂海洋环境腐蚀试验站；步骤3：腐蚀试样的处理及分析。本发明的有益效果在于：1)本发明可以***的调查和积累核电厂陆地大气区及海洋环境下，金属材料腐蚀相关的基础数据。2)本发明可以分析掌握各类材料的腐蚀速率及相关腐蚀产物。3)本发明的户外采集方式环境适应性强，能很好地应对各种不确定自然因素。4)本发明操作简便，施工量小，适用于核电站各种金属腐蚀相关数据的采集。
Description
技术领域
本发明属于材料腐蚀领域，具体涉及一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法。
背景技术
核能是一种产电效率高、产物清洁无污染、安全可靠的新能源。由于我们国家丰富的海岸线资源，目前大部分滨海电厂特别是滨海核电厂的循环冷却水***都需要依靠海水作为冷却水源。海水冷却技术成为海洋环境下的核电站***、设备余热导出和安全功能保证的重要冷源媒介，但海水是高腐蚀性介质，沿海核电各种基础设施、设备和构筑物面临较大腐蚀风险，腐蚀损坏和失效导致的功能丧失、材料和构筑物的使用寿命缩短、资源和能源的巨大浪费，甚至还会引发突发性灾难事故，威胁核电站的运行安全和经济性。因此，在大量使用海水时研究解决金属腐蚀的问题是核能行业长期以来的重要工作。
为调查和积累核电厂陆地大气区及海洋环境下，金属材料腐蚀相关的基础数据，分析掌握各类材料的腐蚀速率及相关腐蚀产物分析，需要建立一套科学的核电厂腐蚀试验监测方法。
发明内容
本发明的目的是提供的一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法，能够准确评价在核电厂陆地大气区及海洋环境下各个材料的耐腐蚀性能，获得金属材料腐蚀相关的基础数据，掌握各类材料的腐蚀速率及相关腐蚀产物类型，对核电金属材料的选用提供借鉴，保证机组的安全稳定运行。
本发明的技术方案如下：一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法，包括如下步骤：
步骤1：建立核电厂陆地大气区腐蚀试验站；
步骤2：建立核电厂海洋环境腐蚀试验站；
步骤3：腐蚀试样的处理及分析。
所述的步骤1包括如下步骤：
步骤11：将试验样片加工成规定大小，用加缓蚀剂的酸溶液酸洗或喷砂去除氧化皮，清除所有试验样片表面上的轧制氧化皮，采用乙醇清洗表面的油脂和污垢，吹干，称重，记录每个试验样片的质量、尺寸；
步骤12：试验样片制备好后，置于密封的塑料袋中存放于干燥的环境中，安装前检查试验样片有无腐蚀情况，如有腐蚀，需要重新去除腐蚀产物并称重；
步骤13：陆地大气区腐蚀试验站设立于核电厂主要生产厂房室外；
步骤14：陆地大气区域挂样试验框架采用不锈钢材料；
步骤15：取样方式按预定的日期取样，试样以自封袋封装，1个试样1个袋；
步骤16：在酸洗除锈过程中，保持整个表面酸洗均匀。
所述的步骤13中首先使用混凝土将铝合金试样台架固定在地面上，再将试验样片分别按照从右至左，先下后上的顺序依次编号并通过专用陶瓷固定夹具固定在试样台架上，然后调整样片之间的距离，使其均匀的固定在试样台架上。
所述的步骤14中框架正面朝南放置，使试样与水平成45°角，框架最低处与地面间的距离不得小于0.75m。
所述的步骤16中酸洗30分钟后从溶液中取出试样轻刷。
所述的步骤2包括如下步骤：
步骤21：将试验样片加工成规定尺寸，试验样片在靠近边缘位置打孔，用加缓蚀剂的酸溶液酸洗或喷砂去除氧化皮，清除所有试验样片表面上的轧制氧化皮，采用乙醇清洗表面的油脂和污垢，吹干，称重，记录每个试验样片的质量、尺寸。
步骤22：试验样片制备好后，置于密封的塑料袋中存放于干燥的环境中，安装前检查试验样片有无腐蚀情况，如有腐蚀，重新去除腐蚀产物并称重；
步骤23：将海洋环境腐蚀试验站设置于核电厂冷源取水口前端海域处；
步骤24：海洋区域挂样方法中穿好试样的尼龙绳垂直与海平面放置，上端使用登山结系在核电站输电塔围栏上；
步骤25：海洋区域挂样方法中的样片根据核电站当地的潮汐情况确定海泥区、全浸区、潮差区、浪溅区、海洋大气区的位置并将挂片分别放置在对应位置；
步骤26：海泥区在海水线以下的淤泥区域，全浸区在设计低潮位下1米的位置，潮差区在设计低潮位及设计高潮位中间位置，浪溅区设计高潮位线上1米位置，海洋大气区在设计高潮位线上两米的位置；
步骤27：取样方式按预定的日期取样，试样以自封袋封装，1个试样1个袋；
步骤28：在酸洗除锈过程中，保持整个表面酸洗均匀。
所述的步骤3包括如下步骤：
所述腐蚀试样是采用失重法进行腐蚀速率的计算，其计算公式：V＝3.65×103×(W0-WT)/(S·T·D)
其中，V腐蚀速率，mm/a；W0试验前的试样重量，g；WT试验后的试样重量，g；S试样的总面积，cm2；T试验时间，天；D材料的密度，g/cm。
所述的步骤3包括先用洁净的小毛刷及手术刀片采集下碳钢片锈层中的腐蚀产物，将两种腐蚀产物放入干燥器中进行干燥，然后将其研磨成粉末状态，进行XRD测试分析。
本发明的有益效果在于：1)本发明可以***的调查和积累核电厂陆地大气区及海洋环境下，金属材料腐蚀相关的基础数据。2)本发明可以分析掌握各类材料的腐蚀速率及相关腐蚀产物。3)本发明的户外采集方式环境适应性强，能很好地应对各种不确定自然因素。4)本发明操作简便，施工量小，适用于核电站各种金属腐蚀相关数据的采集。
附图说明
图1为核电厂陆地大气区腐蚀产物XRD分析图；
图2为海洋环境腐蚀试验挂片示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明分别在核电厂建立陆地大气区腐蚀试验站的及海洋环境腐蚀试验站，并建立与之相应的腐蚀分析和监测方法。
一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法，包括如下步骤：
步骤1：建立核电厂陆地大气区腐蚀试验站
步骤11：应将试验样片加工成尺寸为150mm×70mm×3mm。用加缓蚀剂的酸溶液酸洗或喷砂去除氧化皮，清除所有试验样片表面上的轧制氧化皮，采用乙醇清洗表面的油脂和污垢，吹干，称重(精确到±1mg)，记录每个试验样片的质量、尺寸。
步骤12：试验样片制备好后，置于密封的塑料袋中存放于干燥的环境中，运输、存储过程中应确保安装前试验样片不生锈。安装前应检查试验样片有无腐蚀情况，如有腐蚀，需要重新去除腐蚀产物并称重。
步骤13：所述陆地大气区腐蚀试验站应设立于核电厂主要生产厂房室外；首先使用混凝土将铝合金试样台架固定在地面上，再将试验样片分别按照从右至左，先下后上的顺序依次编号并通过专用陶瓷固定夹具固定在试样台架上，然后调整样片之间的距离，使其均匀的固定在试样台架上，保证其相互间不因接触会产生影响。在观察记录的同时，对每种材料的典型试样进行拍照，以备后续分析。
步骤14：所述陆地大气区域挂样试验框架采用不锈钢材料，确保对固定在其上的试样无腐蚀作用。框架正面朝南放置，使试样与水平成45°角。框架最低处与地面间的距离不得小于0.75m。
步骤15：取样方式应该按预定的日期取样，试样以自封袋封装，1个试样1个袋。取样时，要认真查阅投放记录，确认所取试样。取样过程应该由专人详细记录。试样取出后，及时运回实验室进行评定分析。对除锈前试样进行观测、记录和拍照，收集试样腐蚀产物作实验室分析用。
步骤16：在酸洗除锈过程中，应保持整个表面酸洗均匀。酸洗30分钟后从溶液中取出试样轻刷，以有助于腐蚀产物的清除。
步骤2：建立核电厂海洋环境腐蚀试验站
步骤21：将试验样片加工成尺寸为150mm×70mm×3mm，试验样片在靠近边缘位置打孔，孔的大小为10mm，使其便于穿过并固定在尼龙绳上。用加缓蚀剂的酸溶液酸洗或喷砂去除氧化皮，清除所有试验样片表面上的轧制氧化皮，采用乙醇清洗表面的油脂和污垢，吹干，称重(精确到±1mg)，记录每个试验样片的质量、尺寸。
步骤22：试验样片制备好后，置于密封的塑料袋中存放于干燥的环境中，运输、存储过程中应确保安装前试验样片不生锈。安装前应检查试验样片有无腐蚀情况，如有腐蚀，需要重新去除腐蚀产物并称重。
步骤23：将海洋环境腐蚀试验站设置于核电厂冷源取水口前端海域处，根据需要均布安装多组试验样片，每组试验样片在垂直方向上用1根直径10mm的尼龙绳串起来，尼龙绳和挂片孔连接处紧密连接，并使用扎带和防水胶带将绳子末端紧紧扎实，避免试验样片滑落，然后将每组试验样片置于海洋大气区、海洋浪溅区、海洋潮差区和海泥区。
步骤24：所述海洋区域挂样方法中穿好试样的尼龙绳应该垂直与海平面放置，上端使用登山结系在核电站输电塔围栏上，并做好耐磨及防紫外老化措施。
步骤25：所述海洋区域挂样方法中的样片根据核电站当地的潮汐情况确定海泥区、全浸区、潮差区、浪溅区、海洋大气区的位置并将挂片分别放置在对应位置。
步骤26：所述海泥区在海水线以下的淤泥区域，全浸区在设计低潮位下1米的位置，潮差区在设计低潮位及设计高潮位中间位置，浪溅区设计高潮位线上1米位置，海洋大气区在设计高潮位线上两米的位置。
步骤27：取样方式按预定的日期取样，试样以自封袋封装，1个试样1个袋。取样时，要认真查阅投放记录，确认所取试样。取样过程应该由专人详细记录。试样取出后，及时运回实验室进行评定分析。对除锈前试样进行观测、记录和拍照。收集试样腐蚀产物作实验室分析用。
步骤28：在酸洗除锈过程中，应保持整个表面酸洗均匀。酸洗一定时间后从溶液中取出试样轻刷，以有助于腐蚀产物的清除。
步骤3：腐蚀试样的处理及分析
所述腐蚀试样是采用失重法进行腐蚀速率的计算，其计算公式：V＝3.65×103×(W0-WT)/(S·T·D)
其中，V腐蚀速率，mm/a；W0试验前的试样重量，g；WT试验后的试样重量，g；S试样的总面积，cm2；T试验时间，天；D材料的密度，g/cm。
所述检测方法中需先用洁净的小毛刷及手术刀片采集下碳钢片锈层中的腐蚀产物，将两种腐蚀产物放入干燥器中进行干燥，然后将其研磨成粉末状态，进行XRD测试分析。
实施例1
首先将试验样片加工成尺寸为150mm×70mm×3mm。用加缓蚀剂的酸溶液酸洗或喷砂去除氧化皮，清除所有试验样片表面上的轧制氧化皮，采用乙醇清洗表面的油脂和污垢，吹干，称重(精确到±1mg)，记录每个试验样片的质量、尺寸。
试验样片制备好后，置于密封的塑料袋中存放于干燥的环境中，运输、存储过程中应确保安装前试验样片不生锈。安装前应检查试验样片有无腐蚀情况，如有腐蚀，需要重新去除腐蚀产物并称重。
在核电厂主要生产厂房室外设立陆地大气区腐蚀试验站：如图1所示，首先使用混凝土将铝合金试样台架固定在地面上，再将试验样片分别按照从右至左，先下后上的顺序依次编号并通过专用陶瓷固定夹具固定在试样台架上，然后调整样片之间的距离，使其均匀的固定在试样台架上，保证其相互间不因接触会产生影响。
按预定的日期取样，试样以自封袋封装，1个试样1个袋。取样时，要认真查阅投放记录，确认所取试样。取样过程应该由专人详细记录。试样取出后，及时运回实验室进行评定分析。
采用失重法进行腐蚀速率的计算，
其计算公式：V＝3.65×103×(W0-WT)/(S·T·D)
其中，V腐蚀速率，mm/a；W0试验前的试样重量，g；WT试验后的试样重量，g；S－试样的总面积，cm2；T试验时间，天；D材料的密度，g/cm。
陆地大气区Q235碳钢、304不锈钢挂样历时280天，经过计算得出腐蚀质量损失，并进一步算出两种材料的腐蚀速率，计算结果如表1～表2所示。
收集试样腐蚀产物作实验室分析用，其中Q235碳钢的XRD腐蚀产物分析数据如图1所示。从图中可以看出，陆地大气区主要的腐蚀产物为γ-FeOOH和Fe3O4，随着腐蚀时间的延长，锈层稳定性和致密性増强，可以阻碍碳钢腐蚀的加剧。Fe3O4具有反尖晶石的面心立方晶格，由于Fe3O4特殊的构造，导致Fe3O4具有良好的导电性，因此经常作为锈层不同成分之间转化的产物而存在。
实施例2
将试验样片加工成尺寸为150mm×70mm×3mm，试验样片在靠近边缘位置打孔，孔的直径为10mm，使其便于穿过并固定在尼龙绳上。用加缓蚀剂的酸溶液酸洗或喷砂去除氧化皮，清除所有试验样片表面上的轧制氧化皮，采用乙醇清洗表面的油脂和污垢，吹干，称重(精确到±1mg)，记录每个试验样片的质量、尺寸。
试验样片制备好后，置于密封的塑料袋中存放于干燥的环境中，运输、存储过程中应确保安装前试验样片不生锈。
将海洋环境腐蚀试验站设置于核电厂冷源取水口前端海域处。海洋环境腐蚀试验站各区域试片布置方式如图2所示，可根据需要均布安装多组试验样片，每组试验样片在垂直方向上用1根直径10mm的尼龙绳串起来，尼龙绳和挂片孔连接处紧密连接，并使用扎带和防水胶带将绳子末端紧紧扎实，避免试验样片滑落，然后将每组试验样片置于海洋大气区、海洋浪溅区、海洋潮差区和海泥区。其中，海泥区在海水线以下的淤泥区域，全浸区在最低潮位下1米的位置，潮差区在最低潮位及最高潮位中间位置，浪溅区最高潮位线上1米位置，海洋大气区在最高潮位线上两米的位置。
按预定的日期取样，试样以自封袋封装，1个试样1个袋。取样时，要认真查阅投放记录，确认所取试样。取样过程应该由专人详细记录。试样取出后，及时运回实验室进行评定分析。
采用失重法进行腐蚀速率的计算，其计算公式：V＝3.65×103×(W0-WT)/(S·T·D)
其中，V腐蚀速率，mm/a；W0试验前的试样重量，g；WT试验后的试样重量，g；S试样的总面积，cm2；T试验时间，天；D材料的密度，g/cm。
海洋环境中各种材料及海洋环境区域挂样历时280天，经过计算得出腐蚀质量损失，并进一步算出材料的腐蚀速率，计算结果如表3～表4所示。
收集试样腐蚀产物作实验室分析用，海洋大气区主要的腐蚀产物也主要为γ-FeOOH和Fe3O4。海洋浪溅区的主要腐蚀产物为γ-FeOOH、Fe3O4、Fe(OH)3，其中Fe(OH)3主要分布在腐蚀基层部位，海洋潮差区主要的腐蚀产物为γ-FeOOH、Fe3O4和α-FeOOH。海洋全浸区与海洋潮差区的腐蚀产物类似，主要的腐蚀产物为γ-FeOOH、Fe3O4和α-FeOOH。在海泥区的腐蚀产物主要有γ-FeOOH和Fe3O4。
表1Q235碳钢陆地大气区质量分析
表2 304不锈钢陆地大气区质量分析
表3Q235碳钢材料海洋环境质量分析
表4 304不锈钢材料海洋环境质量分析
Claims (4)
1.一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：建立核电厂陆地大气区腐蚀试验站；
所述的步骤1包括如下步骤：
步骤11：将试验样片加工成规定大小，用加缓蚀剂的酸溶液酸洗或喷砂去除氧化皮，清除所有试验样片表面上的轧制氧化皮，采用乙醇清洗表面的油脂和污垢，吹干，称重，记录每个试验样片的质量、尺寸；
步骤12：试验样片制备好后，置于密封的塑料袋中存放于干燥的环境中，安装前检查试验样片有无腐蚀情况，如有腐蚀，需要重新去除腐蚀产物并称重；
步骤13：陆地大气区腐蚀试验站设立于核电厂主要生产厂房室外；
步骤14：陆地大气区域挂样试验框架采用不锈钢材料；
步骤15：取样方式按预定的日期取样，试样以自封袋封装，1个试样1个袋；
步骤16：在酸洗除锈过程中，保持整个表面酸洗均匀；
步骤2：建立核电厂海洋环境腐蚀试验站；
所述的步骤2包括如下步骤：
步骤21：将试验样片加工成规定尺寸，试验样片在靠近边缘位置打孔，用加缓蚀剂的酸溶液酸洗或喷砂去除氧化皮，清除所有试验样片表面上的轧制氧化皮，采用乙醇清洗表面的油脂和污垢，吹干，称重，记录每个试验样片的质量、尺寸；
步骤22：试验样片制备好后，置于密封的塑料袋中存放于干燥的环境中，安装前检查试验样片有无腐蚀情况，如有腐蚀，重新去除腐蚀产物并称重；
步骤23：将海洋环境腐蚀试验站设置于核电厂冷源取水口前端海域处；
步骤24：海洋区域挂样方法中穿好试样的尼龙绳垂直与海平面放置，上端使用登山结系在核电站输电塔围栏上；
步骤25：海洋区域挂样方法中的样片根据核电站当地的潮汐情况确定海泥区、全浸区、潮差区、浪溅区、海洋大气区的位置并将挂片分别放置在对应位置；
步骤26：海泥区在海水线以下的淤泥区域，全浸区在设计低潮位下1米的位置，潮差区在设计低潮位及设计高潮位中间位置，浪溅区设计高潮位线上1米位置，海洋大气区在设计高潮位线上两米的位置；
步骤27：取样方式按预定的日期取样，试样以自封袋封装，1个试样1个袋；
步骤28：在酸洗除锈过程中，保持整个表面酸洗均匀；
步骤3：腐蚀试样的处理及分析；
所述的步骤3包括先用洁净的小毛刷及手术刀片采集下碳钢片锈层中的腐蚀产物，将两种腐蚀产物放入干燥器中进行干燥，然后将其研磨成粉末状态，进行XRD测试分析；
所述的步骤3包括如下步骤：
所述腐蚀试样是采用失重法进行腐蚀速率的计算，其计算公式：V＝3.65×103×(W0-WT)/(S·T·D)
其中，V腐蚀速率，mm/a；W0试验前的试样重量，g；WT试验后的试样重量，g；S试样的总面积，cm2；T试验时间，天；D材料的密度，g/cm。
2.如权利要求1所述的一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法，其特征在于，所述的步骤13中首先使用混凝土将铝合金试样台架固定在地面上，再将试验样片分别按照从右至左，先下后上的顺序依次编号并通过专用陶瓷固定夹具固定在试样台架上，然后调整样片之间的距离，使其均匀的固定在试样台架上。
3.如权利要求1所述的一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法，其特征在于，所述的步骤14中框架正面朝南放置，使试样与水平成45°角，框架最低处与地面间的距离不得小于0.75m。
4.如权利要求1所述的一种滨海核电厂腐蚀试验监测方法，其特征在于，所述的步骤16中酸洗30分钟后从溶液中取出试样轻刷。
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