核电厂汽机厂房防火涂层失效原因分析.pdf

全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月45经验交流Experience Exchange技术核电厂汽机厂房防火涂层失效原因分析张永良1吕 阳1方奇术2（1.国核示范电站有限责任公司，山东 荣成 264300；2.国家电投集团电站运营技术（北京）有限公司，北京 112209）摘 要：某核电厂主体为钢结构的汽机厂房建安阶段发生大面积防火涂层剥落，为了分析防火涂层失效原因，从防火涂层设计、施工工艺、失效模式、环境调查等方面对涂层失效的原因进行了分析，提出相关解决建议，避免类似防火涂层失效事件的再次发生。关键词：核电厂防火涂层失效分析中图分类号：TQ628.4 文献标识码：A DOI：10.13726/ki.11-2706/tq.2023.07.045.03Failure Cause Analysis of Fireproof Coating for Turbine Workshop of Nuclear Power PlantZHANG Yong-Liang1,LV Yang1,FANG Qi-shu2(1.National Nuclear Demonstration Power Plant Co.,Ltd.Rongchen 264300,China;2.SPIC Power Station Operation Technology(Beijing)Co.,Ltd.Beijing 112209,China)Abstract:In order to analyze the causes of the failure of the fireproof coating,the causes of the failure of the fireproof coating were analyzed from the aspects of fireproof coating design,construction process,failure mode and environmental investigation,and relevant solutions were put forward to avoid the recurrence of similar fireproof coating failure events.Key words:nuclear power plant;fireproof coating;failure analysis作者简介：张永良(1994)，男，山东威海人，工程师，本科，主要研究方向为核电厂腐蚀防护与老化管理。0 引言某核电厂汽机厂房地上部分主体为钢结构，地下部分主要为钢筋混凝土结构，地下部分局部平台为钢平台。根据GB 50016-2014建筑设计火规范和GB 50745-2012核电厂常规岛设计防火规范的要求楼板钢梁、钢柱、钢屋面、钢檩条、柱间支撑、主厂房楼梯、吊车梁等均涂装有防火涂料。根据火灾类型不同，分别涂装有某国际品牌涂料公司的薄涂型（纤维类）Steelmaster 120sb和厚涂型（烃类）Jotacha 1709钢结构防火涂料。其中，Steelmaster 120sb为膨胀型溶剂性防火涂料主要成膜物质为丙烯酸树脂，厚涂型（烃类）Jotacha 1709为溶剂性膨胀性防火涂料主要成膜物质为环氧树脂。根据汽机厂房钢结构设计总说明，钢结构耐火极极的要求，耐火等级为二级，钢柱及柱间支撑的耐火极限为2.5h，钢框架梁的耐火极限为1.5h，楼板TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.07 JUL.202346经验交流Experience Exchange技术钢梁及水平支撑的耐火极限为1.5h，由于厂房湿度较大，设计时，防火涂料采用了室外钢结构防火涂料，即室内钢结构防火涂料应满足室外钢结构防火涂料对于耐湿热性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾腐蚀性等相关指标要求。汽机厂房钢结构所使用的涂料配套为环氧富锌底漆Barrier 80（2道，70um）+环氧云铁中间漆Penguard Express MIO9（2道，110um）+Steelmaster 120sb（超薄型钢结构防火涂料）或Jotacha 1709钢结构防火涂料（根据耐火极限要求差异，涂装厚度不同）+聚氨酯面漆 Hardtop（2道，80 um）。根据GB 50205-2020钢结构工程施工质量验收规范中第13.4.4节要求膨胀型防火涂料厚度及隔热性能应满足国家现行标准有关耐火极限的要求，且不应小于200m。当采用厚涂型防火涂料涂装时，80%及以上涂层面积应满足国家现行标准有关耐火极限的要求，且最薄处厚度不应低于设计要求85%。第13.4.6节要求防火涂料不应有误涂、漏涂、涂层应闭合，无脱层、空鼓、明显凹陷、粉化松散和浮浆、乳突。2023年1月5日，检查人员对汽机厂房防火涂层状况进行现场巡检，发现0m层以上主体钢结构（柱、梁、支撑等）防火涂层总体状态良好，可达部分未见防火涂层出现脱皮、泛锈、龟裂和起泡等缺陷。钢柱或钢梁边缘部分局部出现防火涂层磕碰破损情况，初步认为轻微破损主要由机械碰撞引起。0m层下主体为钢筋混凝土结构，防火涂层失效问题主要集中在-9m地下室夹层，地下室夹层钢平台总计布置有49根长约11mH型主钢梁，防火涂料涂覆面积总约1750m2（未计连接辅梁等钢结构），可达部分检查发现涂层剥落面积约30%以上，参考GBT/1766-2008 色漆和清漆 涂层老化的评级方法，失效模式为漆膜剥落，剥落面积等级为5级，剥落大小等等级为S5。局部涂层存在长霉缺陷。主要失效形貌如图1所示。图1 汽机厂房防火涂层失效形貌1 原因分析1.1 防火涂料耐候性不足防火涂层主要失效部分为膨胀型丙烯酸防火涂层（Steelmaster 120sb），而环氧基防火涂层（Jotacha 1709）基本完整，未发现大面积失效情况。膨胀型丙烯酸防火涂层主要成膜物质为丙烯酸树脂，并加入的大量阻燃剂如三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇等有机物，上述有机物有的易溶于水，导致膨胀型丙烯酸防火涂层会遇水溶胀，造成防火涂层早期失效1,2。1.2 汽机厂房局部区域环境恶劣防火涂层主要失效区域主要集中在-9m地下室夹层，其它区域钢结构防火涂层未出现大面积开裂剥落的现象，核电厂建设调试期间汽机厂房-9m地下室夹层环境潮湿，钢结构结露并存在凝结水附着情况较为常见，另外，地坑常年积水，属于典型海洋大气和工业大气耦合腐蚀环境，腐蚀环境恶劣，大气中的腐蚀介质及水汽（氯离子、二氧化硫和氮氧化物等）会逐渐通过边缘处渗透进防火涂层，水汽渗入会加速防火涂层的降质和剥落。全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月47经验交流Experience Exchange技术1.3 成品保护不到位据汽机厂房钢结构安装专项施工方案中要求“钢构件表面防火涂料未完全凝固的钢构件，应提前根据天气预报或现场实际环境确定表面涂层雨淋的可能性，使用篷布塑料布覆盖构件表面”，根据监理通知单，汽机厂房钢构件存在涂装防火涂层后被雨水浸泡的情况，部分钢构件防火涂料未安装前已出现开裂或剥落等情况。1.4 施工环境控制不良2019年6月1日，国家应急管理部发布实施钢结构防火涂料新国标GB 14907-2018，基于上述原因设计院发起了防火涂料的变更，并就地进行了部分钢结构原防火涂料铲除和重涂，由于现场施工存在较多交叉作业，施工外部环境较难控制，从现场检查发现防火涂层剥落主要从防腐中间漆层开始，防火涂层与底漆的层间结合力不佳，导致层间附着力下降，是导致防火涂层过早剥落的可能原因之一3。2 后果分析钢结构在火的作用下是不燃烧的，但是钢材在高温火焰直接灼烧下，强度会随着温度的升高而降低，当到达一个临界点时，就会因为强度过低而失去承载力，导致整体结构的坍塌。当外部温度小于250，钢结构弹性模量和强度变化不大；当外部温度大于等于250，钢结构将发生塑性流动变形；当外部温度达到300，应力应变关系曲线就没有明显的屈服极限和屈服平台，其弹性模量和强度显著降低，当外部温度达到600，钢材的高温强度不到200MPa，已不能满足结构的承重要求。若起火且无任何干涉，仅燃烧8min，钢结构就可以达到600的高温。试验表明：无任何防护的钢结构的耐火极限大约15min左右，其火灾危险性非常大。钢结构防火涂料是专用于钢结构表面的一种特种涂料，其涂覆于钢材表面用以降低被涂面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延，从而提高钢结构的耐火极限。3 结论与建议通过调研国内其它核电厂，防火涂料新国标对于防火涂料性能要求与试验提出更高的要求，考虑到沿海室内地下局部环境较为恶劣，建议后续做好以下几方面的工作，避免类似的问题在防火涂层在运营阶段出现大面积失效：（1）参考DL/T 5072-2019发电厂保温油漆设计规程中考虑发电厂投资较大、可靠性要求较高，将其腐蚀性环境确定为不宜低于C4，为了确保涂料防腐的效果和寿命，设计寿命不小于中等耐久性要求。国外火力发电工程通常规定大气腐蚀性等级为C4或C5，其中C5等级适用于沿海等腐蚀性较重的工程。设计时，充分考虑局部恶劣环境，根据GB/T 30790.1中特定环境及使用年限要求来规定底漆和面漆种类、漆膜干膜厚度，各种涂料材料的品种、规格、质量等，同时，对于汽轮机房地下部分因为环境潮湿，建议按腐蚀环境等级C5进行防火防腐设计与修复；（2）膨胀型丙烯酸防火涂料耐候性不足，对于局部破损防火涂层部分尽早修复，并制定专项定期巡检计划，避免局部破损后，大气中的腐蚀介质及水汽进一步渗入，造成防火涂层降质进一步加速；（3）改善汽机厂房-9m地下室潮湿环境，增加通风除湿设施。避免建设调试期间，钢结构表面出现潮湿结露环境，或者选用环氧膨胀型防火涂料，环氧类膨胀型防火涂料采用热固型树脂为基料，其膨胀层强度高、致密，具有耐烃类火灾的功能,可广泛应用于石化、油田、炼油厂和海上平台等户外恶劣环境；（4）防火涂料附着力差、钢梁防火涂层大片脱（下转第67页）全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月67经验交流Experience Exchange技术效果评价可以看出，全线牺牲阳极保护的方式适用于输水管线的阴极保护，可以有效的缓解管道的腐蚀问题；（2）通过4G模式下GPRS无线传输，以及加长天线的方式可以解决阀井内电位采集仪信号传输困难的问题。近年来，我国特高压输电线技术和电气化轻轨、地铁的迅速发展，带来的杂散电流问题逐渐成为埋地钢质管道最大的腐蚀隐患，长距离输水管道受杂散电流干扰腐蚀问题也成为不可忽视的问题，这就需要我们各企业、各科研单位加强联络和技术交流，在实践中开发新的杂散电流技术，减少管道因杂散电流干扰出现腐蚀的情况，推动我国长距离输水管线腐蚀与防护技术的发展。参考文献1 刘晓龙,刘凯,董炳群,巩涛,孙超,马光皎.外加电流阴极保护技术在输油管道中的应用及效果评价J.全面腐蚀控制,2021,35(10):17-9+131.2 刘晓龙,张福忠.大连机场某输油管道阴极保护整改及效果评价J.全面腐蚀控制,2022,36(04):19-21.DOI:10.13726/ki.11-2706/tq.2022.04.019.03.3 赵捷.地下输水管道阴极保护在线监控系统D.电子科技大学,2012.4 文杨昊.金属材料的腐蚀与防护分析J.世界有色金属,2021(12):192-193.5 刘晓龙,郭彦明,丁继峰,马光皎.阴极保护技术在热力管道防护中的应用J.决策探索(中),2020(06):55-56.6 郝宏娜.埋地金属管道阴极保护电位分布规律研究D.中国石油大学（华东）,2012.7 伍剑明,邓江,付磊,韦荣春,杨秀斌.阴极保护原理之极化理论的新讨论J.广东化工,2017,44(12):163-165.8 GB/T 21448-2017,埋地钢质管道阴极保护技术规范S.中国北京.中国国家标准化管理委员会.2017-12-29.9 GB 21246-2020,埋地钢质管道阴极保护参数测量方法S.中国北京.国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会.2020-11-19.落可能是现场涂装不规范或养护时间不当导致的，加强防火涂层涂装施工时腐蚀防护科加强跟踪与质量控制，避免施工质量不当引发过早失效。加强防火涂料的现场施工质量控制，主要控制要点如下：进行不同涂料间的相容性实验：国外常采用标准ASTM D5064-07Standard Practice for Conducting a Patch Test to Assess Coating Compatibility检测不同涂料的相容性；施工环境控制：温度、湿度、室内室外、施工过程中的防雨防风措施（室外）等；钢结构表面处理：处理方式，表面清洁度，粗糙等级等；油漆抽检：应不定期抽检实际使用油漆，避免施工单位在涂装过程中以次充好；厚度检查：确保防火涂料厚度达到设计要求，并避免施工单位在保持涂层总厚度不变的情况下，增加底漆厚度，降低防火涂料厚度，影响钢结构防火性能。参考文献1 刘建志,郝建薇,杜建新.新型膨胀丙烯酸防火涂料的耐火性与耐水性研究M.2012年中国阻燃学术年会论文集,福建厦门,2012:408-411.2 张凡.钢结构防火涂料各组分对耐火性能的影响J.消防科学与技术,2021,40(9):1 391-1393.3 夏子雅,张文学.国内现役高铁站站台钢结构雨棚防护涂层失效情况分析J.电镀与涂饰,2022,41(08):527-532.（上接第47页）