核电站钢结构防腐
1、前言
钢材的腐蚀是一种不均匀的破坏，腐蚀的发展很快，一旦在钢结构的表面发生，腐蚀的蚀坑会由坑底向纵深迅速的发展，使钢结构产生应力集中，而应力集中现象又会加快钢材的腐蚀，这是一种钢材腐蚀的恶性循环，腐蚀使钢材的抗冷脆性能下降、疲劳强度降低。在自然环境下，钢结构受腐蚀会有一定的减薄现象，进而给核电建设和安全运营带来了重大的安全隐患，所以钢结构防腐技术和防腐设计对于钢结构的安全性能与耐久性起着极为重要的作用。
2、钢结构腐蚀原理研究
2.1 化学腐蚀
在湿度较大、有侵蚀性介质的环境中，钢铁材料与空气接触时铁分子与空气中的氧及水分子起化学反应而生成氧化铁(锈)。铁锈的成份非常复杂，其中的水化氧化亚铁因含有大量的水份，可以对钢材造成再腐蚀作用。致使已氧化生锈的钢材不论是否再与空气接触氧化锈层均会继续发展。因此对钢结构的保护，不仅要使其与水分和氧隔绝还要彻底清除其表面的锈蚀。
2.2 电化学腐蚀
钢结构的腐蚀速度与环境、温度和湿度以及有害介质的存在有关，其中湿度是一个决定性因素。钢结构在干燥、洁净的空气中遭受腐蚀的速度是十分缓慢的，只有处于潮湿的、含有导电性粒子的空气中，钢结构才会腐蚀，特别是在海洋性气候环境中，海水和海洋大气对钢结构的侵蚀破坏更为严重，其腐蚀的速度比内陆大气中的高出许多倍。相对湿度达到某临界点时，水分在钢结构表面形成水膜，促进电化学过程，表现腐蚀速度增加。
3、钢结构防腐前表面处理
3.3.1 技术数据
⑴喷砂除锈：ST3 级；Sa2.5 级；
⑵表面粗糙度40～80μm；
⑶施工环境：温度5～38℃，相对湿度30%～85%。
3.3.2 钢材表面处理的操作方法及技术要求
钢结构表面一般都存在氧化皮和铁锈，在涂装之前必须将他们除尽，不然会严重影响涂层的附着力使用寿命。而所有除锈方法中，以喷砂除锈为最佳，因为它既能除去氧化皮和铁锈，又能在金属表面形成一定的粗糙度，增加了涂层与金属表面之间的结合力，所以除锈质量的好坏是整个涂装质量的关键，对于钢结构的喷砂质量严格按照相关技术数据进行控制。在福清核电建设过程中采用干法喷砂除锈，一般用钢丸或细砂等作为磨料，以5～7kg/cm2 压力的干燥洁净的压缩空气带动磨料喷射金属表面，可除去钢材表面的氧化皮和铁锈。
钢结构在防腐施工前，应进行外观检查，外观检查不合格的应退回钢构车间进行返工处理，同时应将管段表面的多种杂质清理干净。喷砂除锈前对沾有油污的金属表面先进行油脂处理，方法是用丙酮或无水乙醇进行涂搽，禁止使用含氯的溶剂。喷砂除锈后，应用目视对比的方法按设计要求的除锈等级进行检查，要求达到Sa2.5级，如果油漆涂装前发现表面有锈斑，应重新进行喷砂处理，处理后的表面粗糙度为略低于干漆膜总厚度的三分之一进行控制。
4、钢结构防腐涂装施工质量控制
进行油漆涂装前，应将距现场安装焊缝不小于50mm范围内的管口用胶带纸贴上，不涂油漆，待现场安装焊缝焊接完毕并经无损检验合格后再进行表面处理、油漆涂装。油漆涂装应在喷砂完毕2小时内进行，两涂层之间的间隔时间按涂料产品说明书的规定执行，或前一涂层表面指干为准。每一涂层施工完均应进行外观质量检查和漆膜厚度检查，合格后方可进行下一道工序的施工。若出现涂层损坏、外观检验不合格、漆膜厚度偏差超出规范要求等不合格情况时，则对不合格区域进行涂层修补。修补时应使用与原涂层相同的涂料，按相同的工艺方法、质量要求进行涂装，若涂层损坏进行修补时，应在原有的漆膜边缘打磨出坡状过渡区，涂覆的各道涂层应于周围漆膜搭接。如果需修补的是面涂层和中间涂层，而底涂层完好，则进行适当的表面处理后（不能破坏底漆），涂装被破坏的涂层。如底涂层被破坏，母材锈蚀，修补时应先进行表面处理，表面达到设计要求后，再按照要求涂装。施工过程应形成记录，包括：环境温度和湿度的测量记录、表面处理记录、油漆涂装过程记录等。
4.1涂层外观、厚度及附着力检验
涂装过程中如发现漏涂，流挂，绉纹等缺陷，应及时进行处理，每层涂装前应对前一涂层进行外观检查，漆膜外观应无裂纹、漏涂、流挂、起皱、凹陷、气泡等缺陷，漆膜光滑平整。
根据技术规格书要求，在涂料施工完后的三个月内检查干漆膜厚度，每100m2检测一次，每次取10个以上的测点，取点注意分布的均匀性，对复杂表面应增加测点数量，要求80%以上测点的膜厚值达到或超过规定的漆膜总厚度，余下的不到20%的测点的膜厚值应不低于规定漆膜总厚度的80%，但在埋件涂层厚度检查过程中不具有可操作性，可根据国家规范GB50205-2001中要求，检查数量按构件数抽查10％，且同类构件不应少于3件进行检查干漆膜厚度。
附着力的测试应根据具体情况确定，每1000㎡检验一次，一般在施工表面上进行测试，当实施有困难时，也可以在见证板和试件上进行，预埋件附着力试验可在工件上进行，应选择非重要部位，测试后立即补涂。要求附着力≥3.0Mpa，对于附着力测试不合格区域，按照本方案要求重新进行表面处理并进行涂装完整的涂层配套并保证漆膜厚度满足要求。
4.2 防腐涂装施工环境要求
1) 施工现场: 涂装施工尽可能在车间内进行,并应保持环境清洁和干燥, 以防止经过处理的涂料表面和已经涂装好的表面被灰尘、水滴、油脂、焊接飞溅或其他脏物粘附在其表面影响质量。
2) 环境温度: 施工时环境温度一般在5℃～40℃之间为宜。温度过低时, 涂料的固化反应减慢,因而不能施工; 温度高于38℃时, 溶剂很快挥发, 容易出现干喷现象, 不易控制土层的质量。
3) 相对湿度: 涂装施工一般应控制在相对湿度85%以下进行, 且钢结构表面不应该有结露。
4.3 防腐施工的过程控制与质量检验
正确的防腐涂层设计，必须有配套的施工工艺和严密的过程控制作保障。有了好的防腐设计，在施工过程中严格控制各个环节就能保证钢结构涂层的完好性。根据油漆防腐工程的特殊性质和施工经验，要保证钢结构防腐质量应从以下几方面进行控制。
4.3.1 油漆产品的正确使用
对钢结构的进行喷砂处理并且验收合格后，方可进行油漆的涂装工作。需要喷涂多道油漆的钢结构，必须待前道油漆实际干燥后，方可进行下道油漆的涂装，涂装前要把前道油漆表面打磨平整，保证复合漆膜的层间附着力和外观效果。
油漆的干膜厚度对钢结构防腐效果至关重要，在具体钢结构的防腐设计说明中都有明确的规定。油漆膜厚不仅总复合膜厚要达到设计要求，而且还要严格控制每道漆的独立膜厚，因为每道漆在总复合涂层的作用是不尽相同的。所以每道油漆干燥后均要及时进行膜厚监测，到达设计要求后方可进行下道油漆的涂装。
4.3.2 成品的养护与保护
钢结构防腐涂装完毕后，必须进行7～10 d 的养护，才能达到最佳的防腐效果，养护期内避免交叉施工。施工过程中，有些分部、分项工程已经完工，有的正在施工，对已经完工的成品，如不采取妥善的措施加以保护，就会造成漆膜损伤影响涂层质量，不但增加修复工作量，浪费材料和人工，也拖延工期。在钢结构安装后期防腐油漆多为超高作业，有的成品保护难度过大，造成有些防腐漆面损伤难以恢复，成为永久的缺陷，而且防腐涂层外观关系到整体钢结构工程质量的验收，所以安排施工时尽可能考虑防腐油漆作为整个钢结构安装的最后一道工序。如果在油漆施工完毕后，在油漆面上还需要其他施工，要采取必要防护措施，把对防腐成品的损坏降到最低。
4.3.3 环境对防腐油漆质量的影响
在进行油漆防腐施工前不仅要检查被涂物表面处理状况，还要充分考虑施工现场的大气环境，尽量选择在大气条件良好和天气温和时施工。安排户外施工前，要及时了解近期的天气情报，在有雨、雪、雾、大风等天气状况发生预报时不能户外施工，避免在油漆涂层干燥初期阶段发生雨淋、结露、冰冻等情况，影响防腐涂层质量和效果。注意在被涂物表面温度高于露点温度以上3℃，相对湿度在85%以下的条件下进行施工，以免底材的凝露影响防腐涂层的附着力。在气温低于5℃的低温条件下，环氧类、聚氨酯类等化学固化型涂料的固化反应迟缓，不宜施工。在气温高于38℃以上的高温条件下，溶剂挥发很快，应避免施工，以免影响防腐涂层质量和发生安全责任事故。
5 防腐结构设计
在腐蚀控制的各个环节中，钢结构的设计是极为重要的一环。合理的结构设计不仅可以使钢材的耐蚀性能充分发挥出来，而且可以弥补钢材等内在性能的不足。在核电建设中我们常见的钢结构腐蚀如缝隙腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀很多就是由于结构设计不合理所引起的；所以，这些腐蚀可以通过正确合理的结构设计或通过结构设计改进得到解决，从而在节约建造成本的同时，还能有效减少安全隐患。
5.1 钢结构的形状与形式尽可能简单合理
通过对核工业第二四建设公司福清项目部钢构车间外各种钢结构堆场的观察可知，处于同一腐蚀环境下的钢结构，不同截面形状腐蚀速度相差很大。采用筒形结构比方形或其他框架结构好，并且圆筒形结构简单、表面积小、便于防腐蚀施工和检修。当然，钢结构的外形设计并非随心所欲的，但我们可以从中得到启示：即设计中要注意钢结构主体部份的完整和简单。整体结构比分段结构好，因为连接部位往往是耐蚀性的薄弱环节。在无法简化结构的情况下，可考虑将腐蚀严重的部位与其他部位分离的方法。并且使其便于拆卸，以利于维修或更换。对分段结构的设备，要设计合理的连接方式。
5.2 结构焊接时尽量避免缝隙与死角
缝隙会引起腐蚀，是因为水分易在缝隙处淤积且不易排出，所以腐蚀情况较表面严重的多。焊接是钢结构工程中使用最普遍的不可卸连接方式。从避免缝隙角度考虑，对接焊优于搭接焊，连续焊优于间断焊，双面焊优于单面焊，并要注意防止焊接缺陷。如果缝隙不可避免，某些缝隙可在设计书上规定制造时将其焊死，或者用堵缝剂堵塞，也可以在设计时将间隙适当放大，以防止闭塞几何条件，以减少缝隙腐蚀破坏。另外，随着常规岛建设和核岛设备安装工作量的不断增加，法兰的应用会越来越多，而铆接的结构在法兰结构中经常存在，但是铆接会必然会产生缝隙，所以用铆接方法的时，应加防潮性能好的垫片，从而避免缝隙的形成。
5.3 尺寸或厚度较大的钢结构在焊接时应防止应力腐蚀
要控制工作应力和消除残余应力，避免应力集中。在环吊钢牛腿、各种闸门、龙门架等尺寸、厚度较大钢结构的设计时，应采取多种措施，如对热膨胀设置补偿结构，减少因振动而造成交变应力。如果钢结构工程中材料和使用环境可能构成发生应力腐蚀的组合，设计时就应规定热处理消除残余应力的方法；喷砂使钢材表面造成压应力的办法；同时设计时应对焊接结构和焊接工艺作出规定，使焊接残余应力尽可能减少。应采取措施避免形成局部应力集中，如部件外形应呈流线型，采用尽可能大的曲率半径；又如尽量避免切口、截而突然变化、尖锐的棱角、沟槽、开孔等；或者将这些边、角、槽、孔置于低应力区或压应力区，并加以一定的处置，如锐角倒圆、毛刺磨掉、内角填平等，特别是要避免焊接缺陷，避免应力集中。要优先应选择抗应力腐蚀的钢材品种，在可能出现腐蚀疲劳的场合，要避免使用高强度材料。
5.4 减少磨损腐蚀
对于管道等流动系统的钢结构，设计时，要考虑避免形成湍流、涡旋和流体冲击以减少磨损腐蚀破坏。流速要适当，流动方向和截面积不能突然变化，气流和液体不能直接冲击在器壁上。液体中夹带的气泡和固体悬浮物质、气体中夹带的液滴会增加磨损腐蚀强度，应考虑分离和排除措施。如果湍流和冲击不可避免时可考虑增加冲击部件的厚度，安装可更换的挡板。
6结论
钢结构的防腐技术特别是长期防腐技术是非常重要的。有效的防腐处理可以节约大量的维护经费并显著提高钢结构的安全性与使用寿命。通过以上的分析可以得出以下结论：
（1）采用有效的措施可以防止和控制钢结构的腐蚀。
（2）在腐蚀控制的各个环节中，钢结构的设计是极为重要的一环。很多局部腐蚀又可能通过正确合理的结构设计或通过结构设计改进得到解决。
（3）加强新型防腐材料和技术的研究，并在实际工程中积极使用。 |
于领先地位，并率先通过了国际质量体系认证。