核电站螺栓腐蚀类型与防护措施
随着社会经济的发展和能源的日益枯竭，核能利用已在全球范围内受到了广泛关注。目前我国核电站主要修建于海边，所处的环境都是海洋大气和海水环境，腐蚀环境比较恶劣。
根据ISO 12944-2规定，滨海核电站的腐蚀环境属于C5-M（高湿度、高盐度的海洋腐蚀环境），即处于该标准腐蚀环境分类中最苛刻最严酷的情况。
螺栓紧固件连接是核电设备装配中最重要装配连接方式，其几乎涉及到核电设备的所有部件，核电螺栓紧固件连接的可靠性直接影响着核电机组运行的可靠性。
核电螺栓紧固件在滨海腐蚀环境下极易发生剧烈腐蚀，从而导致紧固件发生腐蚀失效。
核电站设备螺栓腐蚀是普遍存在的，某些螺栓在腐蚀很严重的情况下才被发现和重视，某些设备的螺栓腐蚀、失效甚至会影响核电站设备的运行安全，可能会导致设备事故及人员伤亡事故，造成不可估量的损失，所以对于核电站设备螺栓的腐蚀情况和防腐处理应给予高度的关注。
核电站螺栓腐蚀类型
1.海洋大气腐蚀
海洋大气环境中造成螺栓腐蚀的主要是氧、水分和盐分。通常大气环境分为三类，即干、潮和湿的大气环境。
干的大气环境中不存在液膜，通常螺栓在此环境下不会发生腐蚀。潮的大气腐蚀为空气湿度比较高的情况下，水汽和盐分通过毛细作用、吸附作用和凝聚效应在螺栓表面和缝隙部位聚集，导致螺栓紧固件发生腐蚀。湿的大气腐蚀主要是空气湿度接近100%时，螺栓表面有肉眼直接看见的水膜发生的腐蚀。
2.海水腐蚀
海水是典型的电解质溶液，其腐蚀有如下特点：中性海水中溶解氧较多，除镁及其合金外，绝大多数海洋结构材料在海水中的腐蚀都是由阳极的去极化控制的阴极过程。尽管表层海水被氧所饱和，单氧通过扩散层到达金属表面的速度都是有限的。海水的电导率很大，海水腐蚀的电阻性阻滞很小，所以海水中金属表面形成的氧浓差和宏观电池都有较大的活性。
碳钢螺栓在海水中不采取额外的防腐措施肯定会发生腐蚀失效。海水中氯离子的含量高，18-8型不锈钢螺栓表面钝化膜容易被破坏，出现点蚀等局部腐蚀；特别是螺栓紧固件与法兰构成结构缝隙，缝隙部位容易发生盐分和杂质堆积，会发生缝隙腐蚀等局部腐蚀。
3.其他类型腐蚀
核电站有水化学处理系统，有较多的酸、碱、盐和其他化学品溶液，当这些溶液跑冒滴漏时，化学品溶液会跟螺栓紧固件发生化学腐蚀或电化学腐蚀，导致螺栓腐蚀或失效。
螺栓防腐蚀措施
1.更换耐蚀等级高的螺栓
核电站选用螺栓时应充分考虑环境的腐蚀性，在满足强度要求的情况下，建议尽量选用耐蚀性等级较高的材料，如钛、不锈钢、耐蚀合金钢等。选用何种材质的螺栓更符合防腐要求要根据现场具体情况进行分析和评估。采用耐蚀材料会相应的增加成本，且特殊环境下需要综合耐蚀材料是否适用。
2.涂镀层防护
涂镀层防护是指用有机高分子材料如油漆、无机材料如陶瓷、达克罗技术、电镀、热浸镀等方式在螺栓表面上形成保护层，隔绝腐蚀介质和氧气，以达到防腐蚀的目的。
对于核电站中使用量巨大的各类标准件和紧固件来说，安装前涂漆会影响安装，安装后涂漆又不能进行良好的表面处理，影响涂料的附着能力，进而影响防腐效果。对于经常更换或有可能反复拆卸和安装的零部件，又会不可避免地带来涂漆损伤的问题，达克罗技术和镀层螺栓存在同样的问题。
采用涂镀层防护虽然方便，但应考虑连接结构件是否经常考虑维修和拆卸。另外，达克罗涂层和镀锌层的螺栓表面硬度不高、耐磨性不好，而且不适合与铜、镁、镍和不锈钢的零部件接触与连接，因为它们会产生接触性腐蚀，影响制品表面质量及防腐性能。
3.涂油处理
在螺栓表面涂上一层油（碳钢螺栓采用黄油、不锈钢螺栓采用石墨锂基润滑脂）以隔绝空气达到防腐效果；采用涂油的方式进行防护方便、快捷，易于施工，无需特殊设备。
涂油方式也存在局限性，螺栓涂抹防锈油时，局部位置不可达，且防锈油遇水会发生乳化、干燥环境中容易干结。因此，需建立合理的定期检查和保养机制，防止由于防锈油干燥、挥发、脱落等原因造成防护措施失效。
润滑脂与空气中的氧发生化学反应产生酸性物质，它首先是消耗脂中的抗氧化添加剂，但到一定程度后，生成的有机酸会腐蚀金属元件并破坏脂的结构，使其滴点下降、基础油粘度增加和流动性变差等。此外，润滑脂使用环境中的水分、尘埃和有害气体等也是使其劣化的重要因素。
4.灌注石蜡和沥青
对于一些地脚螺栓，设备与螺栓、螺栓与混凝土地板存在缝隙，为了避免缝隙内积水发生腐蚀，常采用灌注石蜡或沥青的方式对缝隙部位进行灌注。
对于室外设备，不适用此方法进行腐蚀防护。一是室外设备冬天和夏天温差大、昼夜温差大，石蜡和沥青热胀冷缩，会发生流出和孔洞；二是室外环境条件恶劣，日晒雨淋频繁，容易发生老化，导致石蜡和沥青失效，从而导致螺栓失去石蜡和沥青的保护发生失效。
5.包覆材料防腐
包覆材料一般情况下第一层为防腐膏、第二层为防腐带、第三层为外防护剂。
防蚀膏直接与被保护的金属基体紧密接触，有良好的粘性和优良的水油置换性。防腐带为浸渍到特殊防腐材料的纤维布，具有良好的密封性，可以将金属表面与水分、盐分、空气等腐蚀性因子隔离，达到最好的防护性能。外防护剂刷涂在防腐带外表面，与空气接触后在较短时间内聚合氧化成坚硬的皮膜，具有耐候、密封性能，有效防止紫外线辐射老化和腐蚀介质进入，形成保护膜。
包覆材料具有长效性，一般保守可使用15～20年，防护效果好。但包覆材料成本高，不适用经常拆卸和维修的螺栓和法兰，另外，经常发生内漏的法兰也不适用采用包覆材料进行防护。
6.螺栓保护套
根据螺栓规格和形状，加工标准螺栓保护套，螺栓保护套能有效防止水分、腐蚀性介质等接触螺栓，且螺栓防护盖的拆装都十分简单，不影响设备的检修，是一种行之有效的防护方法。
螺栓保护套不适合用于介质浸泡或有水流动的环境中，另外螺栓保护套掉落后会进入设备内部的也不适用，防止成为异物。
7.阴极保护
阴极保护有两种方式：牺牲阳极法和外加电流保护。
牺牲阳极法是利用活泼的合金与被保护体电性连接，向被保护体提供电流，使得被保护体成为电化学反应的阴极，其原理示意图如图1所示。核电站海水或土壤环境中，会经常采用牺牲阳极的方式进行保护，法兰螺栓可采用镯式阳极保护。
图1. 牺牲阳极法原理示意图
外加电流法是利用外部直流电，通过辅助电极向被保护体施加电流，使得被保护体成为电化学反应的阴极，其原理示意图如图2所示。在海水系统中，该方法是比较常见的保护方式，一般用来保护钢结构，连接钢结构的螺栓可以同样被保护。
图2. 外加电流法原理示意图
8.电绝缘隔离技术
由于海洋平台上和船舶系统中所用的材料较多，如钛合金、不锈钢等，螺栓与法兰连接后，可能发生异种金属接触腐蚀。螺栓与法兰连接的部位有两处，即垫圈与法兰的接触部位和螺栓与法兰螺栓孔的接触部位。采用隔离套筒的方式，在这两个部位采取物理措施将其隔离开，可切断螺栓腐蚀电流的通路，其结构示意图如图3所示。
图3. 螺栓电绝缘结构示意图
螺栓防腐蚀策略
综合以上分析结果，根据核电站腐蚀环境和结构设计因素，对核电站螺栓腐蚀策略进行归纳，结果如表1所示。
结论
核电站内螺栓的防护需要考虑具体的腐蚀环境和结构设计因素，确保螺栓在寿命期内不至于过早发生腐蚀失效。同时，采用防腐措施后，需要进行定期的腐蚀检查和保养，防腐措施失效后应及时进行修复，确保核电设备螺栓连接可靠、安全、稳定的运行。
