分析了核電站用海水蝶閥在不同工況中失效的原因。介紹了閥門零部件材料性能的試驗過程和試驗結果并給出了材料選用和防腐的原則和方法。

1、概述

　　目前，國內在建和已建的核電站海域水質存在差異，所以在役運行海水系統閥門的失效現象也不同。通過試驗和研究，提出了技術上安全可靠，工藝比較成熟，能有效解決海水蝶閥失效的技術方案，按該方案制造的產品已投入試用，運行情況良好。

2、海水蝶閥失效原因

　　根據海水蝶閥運行狀況分析，腐蝕是引起其失效的主要原因之一。

　　①沖刷腐蝕

　　沖刷在金屬表面產生切應力效應。

　　②防腐層脫落腐蝕

　　防腐涂層或襯里脫落失去防腐作用。

　　③均勻腐蝕

　　海水中氧含量豐富且含有次氯酸鈉，金屬鈍化膜不易形成，主要發生吸氧腐蝕，表現形式為腐蝕速度明顯加快。

　　④電偶腐蝕

　　因為海水為強電解質，加快了低電位金屬的腐蝕。

　　⑤閉塞電池腐蝕

　　由于循環水系統的部分系統處于備用狀態，這些區域的海水不流動，易形成自催化的閉塞腐蝕效應。

　　⑥選擇性腐蝕

　　金屬的電位不同，腐蝕速率也不同。

　　⑦點狀腐蝕

　　不銹鋼因氯離子產生點蝕穿孔。

　　⑧微生物腐蝕

　　海水中微生物附著在閥門上對材料腐蝕產生影響。

3、材料試驗

3.1、材料選擇

　　選擇海水蝶閥零部件材料時，應根據工況條件從多方面考慮。①耐腐蝕性能。②耐磨、耐沖刷能力。③經濟性。④加工工藝。⑤海水中的氧含量、氯離子濃度、流速、海水的污染情況及海洋微生物對材料腐蝕性。⑥海水溫度。

3.2、浸泡試驗

　　14種材料在海域一SEC系統海水和海域二SEC系統海水中浸泡30d的試驗結果見表1。浸泡試驗前，測得海域一SEC系統海水的pH值為6～7、氯化物含量為4.10×103mg/L、硫酸鹽含量為568mg/L，測得海域二SEC系統海水的pH值≈6、氯化物含量為1.82×104mg/L、硫酸鹽含量為2.52×103mg/L。

表1 14種材料在海水中浸泡30d后的質量變化 g

3.3、金屬材料腐蝕電位試驗

　　電位試驗的試樣材料為SAF2507、304、ZCu-Al10Fe5Ni5、0Cr17Ni4Cu4Nb、316L和ZCu-Al10Fe3Ⅱ，各2件。分析試驗結果(圖1)，在海水介質條件下，6種金屬材料中腐蝕電位最高的是SAF2507，最低的是304，最大電位差約為210mV。隨著測試時間的延長，腐蝕電位最穩定的是SAF2507、ZCuAl10Fe5Ni5和ZCuAl10Fe3Ⅱ，最不穩定的是304，0Cr17Ni4Cu4Nb和316L腐蝕電位的穩定性相對居中。所以海水閥門選用SAF2507、ZCuAl10Fe5Ni5和ZCuAl10Fe3Ⅱ制造，這3種材料腐蝕電位穩定，電位差只有60mV。發生電偶腐蝕的可能性比較小。在30℃以下時，316尚可，雙相不銹鋼優秀。在50℃以下時，雙相不銹鋼可用。在60℃以上時，宜用鎳基合金或鈦合金。

圖1 6金屬材料在海水中耐溫性能比較

4、材料防腐蝕

　　材料防腐蝕的方法很多，如涂層法(包括各種涂料、金屬和塑料噴涂)、薄板襯里法(包括各種耐蝕金屬及各種非金屬襯里)、內部多層襯砌法(石墨板等)、非金屬作為設備主體法(金屬作為支撐機構)和特種防腐處理法(電化學保護技術，犧牲陽極，外加電流，加緩蝕劑)等。

　　在閥門行業，常用的防腐措施有3種。

　　①閥體涂層處理

　　涂層用途廣泛，是國內目前采用最多的防腐措施。如涂層出現破損，修補方便，費用少。但是，涂層在流速較高的工況，局部損傷較快，需要定期修補。

　　②閥門襯膠處理

　　襯膠為閥門行業常用的防腐方法。在氯丁橡膠和三元乙丙膠中添加特種材料，適用于海水工況，不長海生物。襯膠適用于海水中泥沙含量比較少的工況。但是，橡膠易老化，一般使用壽命為5～10年，如果橡膠層大面積脫落，很容易對基體產生腐蝕，且襯膠不容易修補。

　　③陰極保護處理

　　以被保護的金屬構件作為陰極，對其施加一定的直流電流，使其產生陰極極化。當金屬的電位負于某一電位值時，該金屬表面的電化學不均勻性得到消除，腐蝕的陰極溶解過程得到有效抑制，達到保護的目的。