核电站海水管道阴极保护状态下的腐蚀监测
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作者:胡钊
摘 要：虽说利用海水冷却核电站设备运行产生的热量具有“取之不尽、用之不竭”的优势，但因为海水中的盐分和氯离子含量较高，所以拥有较强的腐蚀性，因此只有做好设备的防腐保护才能够实现海水资源的合理利用。现阶段由于海水腐蚀问题引起的管道故障和设备失效已成为了影响其海水系统正常运转的主要因素，因此必须要在做好腐蚀防护的基础上加强管道及设备的腐蚀状态判定和腐蚀速率监测，这将为保障其海水系统的正常运转以及强化各类管道设备的运营管理打好基础。本文中笔者在汇总相关资料的基础上对这类问题进行了分析探究，希望对进一步推进相关工作的优化落实有所启示。
关键词：核电站 海水管道 阴极保护 腐蚀监测
中图分类号：TG174.41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（a）-0035-02
1 管道腐蚀状态监测方法的基本概述
物理监测法以及化学监测法是管道腐蚀状态监测作业中最常见的监测方法，前者主要通过对锈蚀位置的电阻、热传导以及电磁等参数进行测定来反映实际腐蚀状态，具体主要包括涡流法、射线法以及红外热像法。虽说物理监测法已在实际作业中得到了相对广泛的应用，但结合实际工作现状分析还是化学监测法要更具优势。值得注意的是，化学监测法不仅可以准确测定出管道及相关设备的腐蚀程度，而且能够准确展现出实际腐蚀过程的内在机理信息[1]。
随着各类辅助技术的不断完善，电化学腐蚀状态监测技术已成为了金属无损监测中应用最为广泛的技术，也正在逐渐受到重视。未来相信其应用范围将得到进一步拓展，但需要强调的是以“电位监测技术”为主的现场管道腐蚀监测方式可能在特定情况下无法反映出管道的实际腐蚀状态。
2 电化学防腐视角下管道的腐蚀因素及防护机理
2.1 造成腐蚀的具体因素
核电站海水系统的腐蚀主要是管道内输送的介质造成的。海水是一种特殊的混合物，虽说它可以带走核电站设备的热量，但却具有组织成分不均匀性以及电化学不稳定性等特点。从材料性质着手分析，金属的性质是“均一”的，然而海水中含有的各类元素、物质则会在很大程度上加重其与之接触面的电化学腐蚀程度。腐蚀后的产物与“垢（主要成分为碳化钙）”会在管道内壁沉积，如果不能进行及时有效地处理则会再次造成“垢下腐蚀”。
当管道内壁与海水进行接触时，金属材料原本的“均一性”便会遭到破坏，这一变化会影响到管道内壁物理状态与组织结构的稳定性[2]。最后管道内壁会出现很多阳极与阴极区，海水流动所产生的微电流会使管道内壁的电子从阳极区流动到阴极区，这一过程结束之后阴极区内的金属会失去电子而成为离子，进而溶解到海水之中。这就是阳极区位置的金属易受到腐蚀的主要原因（核电站相关设备因为海水而造成的腐蚀与之原理相同）。虽说个别位置上的微电流值几乎可以忽略不计，但这一数值在整个管道内壁却会被成倍叠加。
2.2 管道及设备腐蚀的具体防护
核电站海水系统内的管道为了保障使用寿命一般在制作或安装时都会采用防腐涂料，之后还会通过“阴极保护”加强对于腐蚀状态的监测与控制，两种方法一同使用可以提高保护效果。
简单来说，阴极保护即对被保护管道及设备等金属结构施加保护电流，让其“阴极化”，进而降低并消除电化学腐蚀作用的方法。在海水作用下核电站管道及设备产生的腐蚀主要是“电化学腐蚀”引起的，所以只要通过恰当的措施抑制这一“腐蚀反应”，便可以从源头解决这一问题。实际操作过程中，流经金属结构表面的电子首先会流向阳极区，其电位则会因此而进一步降低，从而使其完成“阴极极化”。之后电流进一步增大时，金属结构表面阴极区的负极化也将会增大，随着极化的逐步深入阴极区与阳极区的电位差会逐渐变为0，这时管道内壁及设备等金属结构上存在的腐蚀电流就会彻底消失。到这一环节，阴极保护顺利完成。
结合相关行业发展现状及实际工作经验分析，阴极保护是目前金属防腐作业中最有效的措施。当然在通过技术及操作流程革新发挥阴极保护技术特殊作用的基础上还需要加强电化学腐蚀的监测。
3 电化学腐蚀监测技术
多功能腐蚀传感器是前文中提到的用以管道内部腐蚀速率监测的核心构件，结合实际行业发展现状分析，这是一种专门用以管道腐蚀状态监测及腐蚀程度判定的新技术。实际应用中，它可以准确测定出通电状态下的管道的腐蚀特性，并反映出自然状态下管道及核电站海水系统设备的腐蚀特征。在此基础上，它还能够获得管道及设备在阴极保护状态下的保护度。其外形结构具体如图1，主要由1支高纯锌参比电极、2支研究电极和1支辅助电极构成。
3.1 腐蚀状态测试
其实金属材料的腐蚀电位与其腐蚀状态之下存在着相互对应的关系。我们可以通过监测工作电极与参比电极间的电位差获得阴极保护之前的金属自然腐蚀电位和阴极保护后的工作电极保护电位，之后就可以参照电位—PH图获得最终的电位监测结果及腐蚀状态。
3.2 保护度测试
首先是利用线性极化法测量自然腐蚀电流。实际操作中，依靠三电极体系在工作电极的腐蚀电位附近进行极化处理，再利用腐蝕电流与极化曲线间的比例关系可以求得实际腐蚀速率，两者在腐蚀电位附近的斜率成反比。线性极化法在策略自然腐蚀电流时对金属腐蚀情况的变化拥有较快的反应速度。此外，它还能够连续、不间断地跟踪设备腐蚀速率及变化情况。最后以相同阴阳极极化条件下响应电流的不对称性为依托，我们可以进一步探明设备或管道的孔蚀及其他位置的腐蚀状况。
其次利用电化学阻抗谱法测量阴极保护状态下的腐蚀电流变化。如果用电阻、电容等“理想元件”表示体系的法拉第、空间电荷与电子和离子的传导过程，就可以将非均态物质的微观分布阐释清楚。之后对处于稳定状态的三电极体系施加一个趋近于无限小的“正弦波扰动”，最可以得出阴极保护状态下的腐蚀电流变化。
4 结语
目前上文中提到的多功能腐蚀传感器及监测探头已经被应用到了核电站的重要厂用SEC管道。这一环节的改革不仅实现了管道及设备腐蚀监测效率的全面提升，而且在很大程度上提高了监测的准确度，以此为起点通过相关细节的优化改革我们可以创新对于核电站海水管道的保护管理。与以人工肉眼为主的腐蚀监测模式相比，该方法的优势非常明显。以上笔者对此类问题进行了分析探究，希望对推进多功能腐蚀监测探头的实践应用有所帮助。
参考文献
[1] 邢益诚.核电站海水系统管道腐蚀防护策略研究[J].全面腐蚀控制，2015，29（5）：37-39.
[2] 纪大伟. 管道内壁腐蚀监测技术研究[D].大连理工大学，2010.
[3] 张磊，林斌，高玉柱，等.核电站海水管道阴极保护状态下的腐蚀监测[J].全面腐蚀控制，2014，28（11）：45-47.
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