核電站鋼結(jié)構(gòu)防腐研究.doc

核電站鋼結(jié)構(gòu)防腐研究核電站建設(shè)中使用的鋼結(jié)構(gòu)數(shù)量巨大、種類繁多、形狀復(fù)雜，雖然鋼結(jié)構(gòu)材料具有高強度、質(zhì)量輕、抗震性能好、施工周期短等優(yōu)點，但因其防腐、抗銹蝕繡能力較差，特別對于位于環(huán)境比較潮濕的沿海地區(qū)的福清核電站，鋼結(jié)構(gòu)的防腐工作具有更加重要的意義。因此，在沿海城市設(shè)計和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)時，注意如何防腐是一個比較重要的環(huán)節(jié)。研究和解決鋼結(jié)構(gòu)的防腐問題，對福清核電站的使用安全具有一定的戰(zhàn)略意義。本文針對核電站建設(shè)中使用的具體鋼結(jié)構(gòu)的防腐工作進行了具體研究。1、前言鋼材的腐蝕是一種不均勻的破壞，腐蝕的發(fā)展很快，一旦在鋼結(jié)構(gòu)的表面發(fā)生，腐蝕的蝕坑會由坑底向縱深迅速的發(fā)展，使鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中現(xiàn)象又會加快鋼材的腐蝕，這是一種鋼材腐蝕的惡性循環(huán)，腐蝕使鋼材的抗冷脆性能下降、疲勞強度降低。在自然環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)受腐蝕會有一定的減薄現(xiàn)象，進而給核電建設(shè)和安全運營帶來了重大的安全隱患，所以鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)和防腐設(shè)計對于鋼結(jié)構(gòu)的安全性能與耐久性起著極為重要的作用。2、鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原理研究2.1 化學(xué)腐蝕在濕度較大、有侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，鋼鐵材料與空氣接觸時鐵分子與空氣中的氧及水分子起化學(xué)反應(yīng)而生成氧化鐵(銹)。鐵銹的成份非常復(fù)雜，其中的水化氧化亞鐵因含有大量的水份，可以對鋼材造成再腐蝕作用。致使已氧化生銹的鋼材不論是否再與空氣接觸氧化銹層均會繼續(xù)發(fā)展。因此對鋼結(jié)構(gòu)的保護，不僅要使其與水分和氧隔絕還要徹底清除其表面的銹蝕。2.2 電化學(xué)腐蝕鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速度與環(huán)境、溫度和濕度以及有害介質(zhì)的存在有關(guān)，其中濕度是一個決定性因素。鋼結(jié)構(gòu)在干燥、潔凈的空氣中遭受腐蝕的速度是十分緩慢的，只有處于潮濕的、含有導(dǎo)電性粒子的空氣中，鋼結(jié)構(gòu)才會腐蝕，特別是在海洋性氣候環(huán)境中，海水和海洋大氣對鋼結(jié)構(gòu)的侵蝕破壞更為嚴重，其腐蝕的速度比內(nèi)陸大氣中的高出許多倍。相對濕度達到某臨界點時，水分在鋼結(jié)構(gòu)表面形成水膜，促進電化學(xué)過程，表現(xiàn)腐蝕速度增加。3、鋼結(jié)構(gòu)防腐前表面處理3.3.1 技術(shù)數(shù)據(jù)噴砂除銹：ST3 級；Sa2.5 級；表面粗糙度4080m；施工環(huán)境：溫度538，相對濕度30%85%。3.3.2 鋼材表面處理的操作方法及技術(shù)要求鋼結(jié)構(gòu)表面一般都存在氧化皮和鐵銹，在涂裝之前必須將他們除盡，不然會嚴重影響涂層的附著力使用壽命。而所有除銹方法中，以噴砂除銹為最佳，因為它既能除去氧化皮和鐵銹，又能在金屬表面形成一定的粗糙度，增加了涂層與金屬表面之間的結(jié)合力，所以除銹質(zhì)量的好壞是整個涂裝質(zhì)量的關(guān)鍵，對于鋼結(jié)構(gòu)的噴砂質(zhì)量嚴格按照相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)進行控制。在福清核電建設(shè)過程中采用干法噴砂除銹，一般用鋼丸或細砂等作為磨料，以57kg/cm2 壓力的干燥潔凈的壓縮空氣帶動磨料噴射金屬表面，可除去鋼材表面的氧化皮和鐵銹。鋼結(jié)構(gòu)在防腐施工前，應(yīng)進行外觀檢查，外觀檢查不合格的應(yīng)退回鋼構(gòu)車間進行返工處理，同時應(yīng)將管段表面的多種雜質(zhì)清理干凈。噴砂除銹前對沾有油污的金屬表面先進行油脂處理，方法是用丙酮或無水乙醇進行涂搽，禁止使用含氯的溶劑。噴砂除銹后，應(yīng)用目視對比的方法按設(shè)計要求的除銹等級進行檢查，要求達到Sa2.5級，如果油漆涂裝前發(fā)現(xiàn)表面有銹斑，應(yīng)重新進行噴砂處理，處理后的表面粗糙度為略低于干漆膜總厚度的三分之一進行控制。4、鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝施工質(zhì)量控制進行油漆涂裝前，應(yīng)將距現(xiàn)場安裝焊縫不小于50mm范圍內(nèi)的管口用膠帶紙貼上，不涂油漆，待現(xiàn)場安裝焊縫焊接完畢并經(jīng)無損檢驗合格后再進行表面處理、油漆涂裝。油漆涂裝應(yīng)在噴砂完畢2小時內(nèi)進行，兩涂層之間的間隔時間按涂料產(chǎn)品說明書的規(guī)定執(zhí)行，或前一涂層表面指干為準。每一涂層施工完均應(yīng)進行外觀質(zhì)量檢查和漆膜厚度檢查，合格后方可進行下一道工序的施工。若出現(xiàn)涂層損壞、外觀檢驗不合格、漆膜厚度偏差超出規(guī)范要求等不合格情況時，則對不合格區(qū)域進行涂層修補。修補時應(yīng)使用與原涂層相同的涂料，按相同的工藝方法、質(zhì)量要求進行涂裝，若涂層損壞進行修補時，應(yīng)在原有的漆膜邊緣打磨出坡狀過渡區(qū)，涂覆的各道涂層應(yīng)于周圍漆膜搭接。如果需修補的是面涂層和中間涂層，而底涂層完好，則進行適當?shù)谋砻嫣幚砗螅ú荒芷茐牡灼幔?，涂裝被破壞的涂層。如底涂層被破壞，母材銹蝕，修補時應(yīng)先進行表面處理，表面達到設(shè)計要求后，再按照要求涂裝。施工過程應(yīng)形成記錄，包括：環(huán)境溫度和濕度的測量記錄、表面處理記錄、油漆涂裝過程記錄等。4.1涂層外觀、厚度及附著力檢驗涂裝過程中如發(fā)現(xiàn)漏涂，流掛，縐紋等缺陷，應(yīng)及時進行處理，每層涂裝前應(yīng)對前一涂層進行外觀檢查，漆膜外觀應(yīng)無裂紋、漏涂、流掛、起皺、凹陷、氣泡等缺陷，漆膜光滑平整。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求，在涂料施工完后的三個月內(nèi)檢查干漆膜厚度，每100m2檢測一次，每次取10個以上的測點，取點注意分布的均勻性，對復(fù)雜表面應(yīng)增加測點數(shù)量，要求80%以上測點的膜厚值達到或超過規(guī)定的漆膜總厚度，余下的不到20%的測點的膜厚值應(yīng)不低于規(guī)定漆膜總厚度的80%，但在埋件涂層厚度檢查過程中不具有可操作性，可根據(jù)國家規(guī)范GB50205-2001中要求，檢查數(shù)量按構(gòu)件數(shù)抽查10，且同類構(gòu)件不應(yīng)少于3件進行檢查干漆膜厚度。附著力的測試應(yīng)根據(jù)具體情況確定，每1000檢驗一次，一般在施工表面上進行測試，當實施有困難時，也可以在見證板和試件上進行，預(yù)埋件附著力試驗可在工件上進行，應(yīng)選擇非重要部位，測試后立即補涂。要求附著力3.0Mpa，對于附著力測試不合格區(qū)域，按照本方案要求重新進行表面處理并進行涂裝完整的涂層配套并保證漆膜厚度滿足要求。4.2 防腐涂裝施工環(huán)境要求1) 施工現(xiàn)場: 涂裝施工盡可能在車間內(nèi)進行,并應(yīng)保持環(huán)境清潔和干燥, 以防止經(jīng)過處理的涂料表面和已經(jīng)涂裝好的表面被灰塵、水滴、油脂、焊接飛濺或其他臟物粘附在其表面影響質(zhì)量。2) 環(huán)境溫度: 施工時環(huán)境溫度一般在540之間為宜。溫度過低時, 涂料的固化反應(yīng)減慢,因而不能施工; 溫度高于38時, 溶劑很快揮發(fā), 容易出現(xiàn)干噴現(xiàn)象, 不易控制土層的質(zhì)量。3) 相對濕度: 涂裝施工一般應(yīng)控制在相對濕度85%以下進行, 且鋼結(jié)構(gòu)表面不應(yīng)該有結(jié)露。4.3 防腐施工的過程控制與質(zhì)量檢驗正確的防腐涂層設(shè)計，必須有配套的施工工藝和嚴密的過程控制作保障。有了好的防腐設(shè)計，在施工過程中嚴格控制各個環(huán)節(jié)就能保證鋼結(jié)構(gòu)涂層的完好性。根據(jù)油漆防腐工程的特殊性質(zhì)和施工經(jīng)驗，要保證鋼結(jié)構(gòu)防腐質(zhì)量應(yīng)從以下幾方面進行控制。4.3.1 油漆產(chǎn)品的正確使用對鋼結(jié)構(gòu)的進行噴砂處理并且驗收合格后，方可進行油漆的涂裝工作。需要噴涂多道油漆的鋼結(jié)構(gòu)，必須待前道油漆實際干燥后，方可進行下道油漆的涂裝，涂裝前要把前道油漆表面打磨平整，保證復(fù)合漆膜的層間附著力和外觀效果。油漆的干膜厚度對鋼結(jié)構(gòu)防腐效果至關(guān)重要，在具體鋼結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計說明中都有明確的規(guī)定。油漆膜厚不僅總復(fù)合膜厚要達到設(shè)計要求，而且還要嚴格控制每道漆的獨立膜厚，因為每道漆在總復(fù)合涂層的作用是不盡相同的。所以每道油漆干燥后均要及時進行膜厚監(jiān)測，到達設(shè)計要求后方可進行下道油漆的涂裝。4.3.2 成品的養(yǎng)護與保護鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝完畢后，必須進行710 d 的養(yǎng)護，才能達到最佳的防腐效果，養(yǎng)護期內(nèi)避免交叉施工。施工過程中，有些分部、分項工程已經(jīng)完工，有的正在施工，對已經(jīng)完工的成品，如不采取妥善的措施加以保護，就會造成漆膜損傷影響涂層質(zhì)量，不但增加修復(fù)工作量，浪費材料和人工，也拖延工期。在鋼結(jié)構(gòu)安裝后期防腐油漆多為超高作業(yè)，有的成品保護難度過大，造成有些防腐漆面損傷難以恢復(fù)，成為永久的缺陷，而且防腐涂層外觀關(guān)系到整體鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的驗收，所以安排施工時盡可能考慮防腐油漆作為整個鋼結(jié)構(gòu)安裝的最后一道工序。如果在油漆施工完畢后，在油漆面上還需要其他施工，要采取必要防護措施，把對防腐成品的損壞降到最低。4.3.3 環(huán)境對防腐油漆質(zhì)量的影響在進行油漆防腐施工前不僅要檢查被涂物表面處理狀況，還要充分考慮施工現(xiàn)場的大氣環(huán)境，盡量選擇在大氣條件良好和天氣溫和時施工。安排戶外施工前，要及時了解近期的天氣情報，在有雨、雪、霧、大風等天氣狀況發(fā)生預(yù)報時不能戶外施工，避免在油漆涂層干燥初期階段發(fā)生雨淋、結(jié)露、冰凍等情況，影響防腐涂層質(zhì)量和效果。注意在被涂物表面溫度高于露點溫度以上3，相對濕度在85%以下的條件下進行施工，以免底材的凝露影響防腐涂層的附著力。在氣溫低于5的低溫條件下，環(huán)氧類、聚氨酯類等化學(xué)固化型涂料的固化反應(yīng)遲緩，不宜施工。在氣溫高于38以上的高溫條件下，溶劑揮發(fā)很快，應(yīng)避免施工，以免影響防腐涂層質(zhì)量和發(fā)生安全責任事故。5 防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計在腐蝕控制的各個環(huán)節(jié)中，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計是極為重要的一環(huán)。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅可以使鋼材的耐蝕性能充分發(fā)揮出來，而且可以彌補鋼材等內(nèi)在性能的不足。在核電建設(shè)中我們常見的鋼結(jié)構(gòu)腐蝕如縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、磨損腐蝕很多就是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理所引起的；所以，這些腐蝕可以通過正確合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計或通過結(jié)構(gòu)設(shè)計改進得到解決，從而在節(jié)約建造成本的同時，還能有效減少安全隱患。5.1 鋼結(jié)構(gòu)的形狀與形式盡可能簡單合理通過對核工業(yè)第二四建設(shè)公司福清項目部鋼構(gòu)車間外各種鋼結(jié)構(gòu)堆場的觀察可知，處于同一腐蝕環(huán)境下的鋼結(jié)構(gòu)，不同截面形狀腐蝕速度相差很大。采用筒形結(jié)構(gòu)比方形或其他框架結(jié)構(gòu)好，并且圓筒形結(jié)構(gòu)簡單、表面積小、便于防腐蝕施工和檢修。當然，鋼結(jié)構(gòu)的外形設(shè)計并非隨心所欲的，但我們可以從中得到啟示：即設(shè)計中要注意鋼結(jié)構(gòu)主體部份的完整和簡單。整體結(jié)構(gòu)比分段結(jié)構(gòu)好，因為連接部位往往是耐蝕性的薄弱環(huán)節(jié)。在無法簡化結(jié)構(gòu)的情況下，可考慮將腐蝕嚴重的部位與其他部位分離的方法。并且使其便于拆卸，以利于維修或更換。對分段結(jié)構(gòu)的設(shè)備，要設(shè)計合理的連接方式。5.2 結(jié)構(gòu)焊接時盡量避免縫隙與死角縫隙會引起腐蝕，是因為水分易在縫隙處淤積且不易排出，所以腐蝕情況較表面嚴重的多。焊接是鋼結(jié)構(gòu)工程中使用最普遍的不可卸連接方式。從避免縫隙角度考慮，對接焊優(yōu)于搭接焊，連續(xù)焊優(yōu)于間斷焊，雙面焊優(yōu)于單面焊，并要注意防止焊接缺陷。如果縫隙不可避免， 某些縫隙可在設(shè)計書上規(guī)定制造時將其焊死，或者用堵縫劑堵塞，也可以在設(shè)計時將間隙適當放大，以防止閉塞幾何條件，以減少縫隙腐蝕破壞。另外，隨著常規(guī)島建設(shè)和核島設(shè)備安裝工作量的不斷增加，法蘭的應(yīng)用會越來越多，而鉚接的結(jié)構(gòu)在法蘭結(jié)構(gòu)中經(jīng)常存在，但是鉚接會必然會產(chǎn)生縫隙，所以用鉚接方法的時，應(yīng)加防潮性能好的墊片，從而避免縫隙的形成。5.3 尺寸或厚度較大的鋼結(jié)構(gòu)在焊接時應(yīng)防止應(yīng)力腐蝕要控制工作應(yīng)力和消除殘余應(yīng)力，避免應(yīng)力集中。在環(huán)吊鋼牛腿、各種閘門、龍門架等尺寸、厚度較大鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應(yīng)采取多種措施，如對熱膨脹設(shè)置補償結(jié)構(gòu)，減少因振動而造成交變應(yīng)力。如果鋼結(jié)構(gòu)工程中材料和使用環(huán)境可能構(gòu)成發(fā)生應(yīng)力腐蝕的組合，設(shè)計時就應(yīng)規(guī)定熱處理消除殘余應(yīng)力的方法；噴砂使鋼材表面造成壓應(yīng)力的辦法；同時設(shè)計時應(yīng)對焊接結(jié)構(gòu)和焊接工藝作出規(guī)定，使焊接殘余應(yīng)力盡可能減少。應(yīng)采取措施避免形成局部應(yīng)力集中，如部件外形應(yīng)呈流線型，采用盡可能大的曲率半徑；又如盡量避免切口、截而突然變化、尖銳的棱角、溝槽、開孔等；或者將這些邊、角、槽、孔置于低應(yīng)力區(qū)或壓應(yīng)力區(qū)，并加以一定的處置，如銳角倒圓、毛刺磨掉、內(nèi)角填平等，特別是要避免焊接缺陷，避免應(yīng)力集中。要優(yōu)先應(yīng)選擇抗應(yīng)力腐蝕的鋼材品種，在可能出現(xiàn)腐蝕疲勞的場合，要避免使用高強度材料。5.4 減少磨損腐蝕對于管道等流動系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計時，要考慮避免形成湍流、渦旋和流體沖擊以減少磨損腐蝕破壞。流速要適當，流動方向和截面積不能突然變化，氣流和液體不能直接沖擊在器壁上。液體中夾帶的氣泡和固體懸浮物質(zhì)、氣體中夾帶的液滴會