Пакрыцці для атамных станцый: процікарозійная абарона, радыяцыйная ўстойлівасць і дэзактывацыя

Лакафарбавое пакрыццё на аб'екце атамнай энергетыкі вырашае значна больш шырокае кола задач, чым звычайная абарона металу ад карозіі.

У залежнасці ад прызначэння памяшкання і абсталявання пакрыццё можа падвяргацца ўздзеянню вільгаці, тэмпературы, тэхналагічных раствораў, мыючых і дэзактывацыйных саставаў, механічных нагрузак і іанізуючага выпраменьвання.

Акрамя таго, у асобных зонах АЭС паверхня пакрыцця павінна забяспечваць магчымасць эфектыўнага выдалення радыеактыўных забруджванняў.

Таму пры выбары ЛФМ для атамнай энергетыкі недастаткова арыентавацца толькі на такія характарыстыкі, як процікарозійная або хімічная ўстойлівасць. Для адпаведных абласцей прымянення ацэньваецца комплекс уласцівасцей пакрыцця: адгезія, фізіка-механічная трываласць, хімічная і радыяцыйная ўстойлівасць, устойлівасць да дэзактывацыйных саставаў, здольнасць да дэзактывацыі і захаванне эксплуатацыйных характарыстык пасля ўздзеяння прадугледжаных фактараў.

ГОСТ Р 51102-97 непасрэдна распаўсюджваецца на ахоўныя палімерныя дэзактывуемыя пакрыцці, прызначаныя, у прыватнасці, для паверхняў памяшканняў і дапаможнага абсталявання ў зоне строгага рэжыму АЭС.

Таму пакрыццё для атамнага аб'екта варта разглядаць не проста як ЛФМ, а як частку тэхналагічнай сістэмы абароны паверхні, характарыстыкі якой павінны адпавядаць умовам канкрэтнай зоны.

Якія задачы вырашаюць пакрыцці на АЭС

Процікарозійная абарона

Адной з базавых задач застаецца абарона металічнай асновы ад карозіі.

Карозійнае разбурэнне абсталявання і металаканструкцый прыводзіць да пагаршэння стану паверхні, ускладняе тэхнічнае абслугоўванне і можа скарачаць рэсурс канструкцый.

Для гэтага прымяняюцца грунтовачныя, прамежкавыя і фінішныя пакрыцці, якія фарміруюць шматслойную сістэму абароны.

Аднак на атамным аб'екце процікарозійная абарона — толькі адна са складальных патрабаванняў.

Для пэўных зон неабходна дадаткова ўлічваць уздзеянне:

• вады і канденсату;
• тэхналагічных раствораў;
• павышанай тэмпературы;
• дэзактывацыйных саставаў;
• іанізуючага выпраменьвання;
• механічных нагрузак.

Чаму нельга выкарыстоўваць адну сістэму пакрыцця для ўсёй АЭС

Атамная станцыя ўключае мноства памяшканняў і тэхналагічных зон з рознымі ўмовамі эксплуатацыі.

Вонкавая металаканструкцыя працуе пераважна ва ўмовах атмасфернага ўздзеяння.

У тэхналагічным памяшканні могуць прысутнічаць павышаная вільготнасць, хімічна актыўныя рэчывы і рэгулярнае мыццё.

У зоне магчымага радыеактыўнага забруджвання дадаткова ўзнікае задача наступнай дэзактывацыі паверхні.

Таму прынцып выбару павінен быць наступным:

умовы эксплуатацыі → патрабаванні да паверхні → характарыстыкі сістэмы пакрыцця → пацверджанне адпаведнасці.

Не існуе ўніверсальнай «фарбы для АЭС», аднолькава прыдатнай для ўсіх канструкцый і памяшканняў.

Дэзактывуемыя пакрыцці

Навошта патрэбна здольнасць пакрыцця да дэзактывацыі

У памяшканнях, дзе існуе верагоднасць радыеактыўнага забруджвання паверхні, важная не толькі ўстойлівасць самога ЛФП.

Не менш важна, наколькі эфектыўна забруджванне можна выдаліць пры правядзенні дэзактывацыйных мерапрыемстваў.

Шчыльная, непарыстая і хімічна ўстойлівая паверхня перашкаджае глыбокаму пранікненню забруджвальных рэчываў у пакрыццё і дазваляе выдаляць забруджванне з паверхні без разбурэння ахоўнага слоя.

Гэта мае непасрэднае значэнне для эксплуатацыі аб'екта.

Чым эфектыўней праводзіцца дэзактывацыя, тым менш рэшткавае забруджванне паверхні пасля апрацоўкі і тым менш неабходнасць у паўторных цыклах ачысткі.

Што такое каэфіцыент дэзактывацыі

Каэфіцыент дэзактывацыі — адзін з нарміруемых паказчыкаў дэзактывуемых палімерных пакрыццяў.

Згодна з ГОСТ Р 53371-2009, ён вызначаецца як адносіна ўзроўню радыеактыўнага забруджвання ўзору да дэзактывацыі да ўзроўню забруджвання пасля дэзактывацыі. Гэта значыць, чым вышэй атрыманы каэфіцыент, тым эфектыўней выдалена радыеактыўнае забруджванне.

Умоўна гэта можна прадставіць наступным чынам:

Кд = узровень забруджвання да дэзактывацыі / узровень забруджвання пасля дэзактывацыі.

Напрыклад, каэфіцыент 20 азначае, што пасля правядзення прадугледжанай методыкай дэзактывацыі ўзровень забруджвання знізіўся ў 20 разоў.

Менавіта таму ў кантэксце дэзактывуемых пакрыццяў карэктна гаварыць пра неабходнасць дастаткова высокага каэфіцыента дэзактывацыі, а не пра «нізкі каэфіцыент як перавагу».

Методыка вызначэння гэтага паказчыка прадугледжвае вымярэнне радыеактыўнага забруджвання да і пасля апрацоўкі; цыкл «забруджванне — дэзактывацыя» для ўзораў паўтараецца тры разы.

Высокі каэфіцыент дэзактывацыі — чаму гэта важна

Для пакрыцця, якое эксплуатуецца ва ўмовах магчымага радыеактыўнага забруджвання, высокі каэфіцыент дэзактывацыі азначае здольнасць паверхні эфектыўна вызваляцца ад забруджвання пры прадугледжанай працэдуры ачысткі.

ГОСТ Р 51102-97 устанаўлівае мінімальныя значэнні гэтага паказчыка для розных катэгорый памяшканняў. У прыватнасці, для β-выпраменьвальных нуклідаў Ce-144 і Cs-137 патрабаванні адрозніваюцца ў залежнасці ад катэгорыі памяшкання.

Гэта прынцыпова важны момант: каэфіцыент дэзактывацыі не з'яўляецца проста характарыстыкай «якасці фарбы».

Ён характарызуе паводзіны канкрэтнага пакрыцця пры канкрэтнай працэдуры выпрабавання і павінен разглядацца разам з іншымі эксплуатацыйнымі паказчыкамі.

Што ўплывае на дэзактывуемасць пакрыцця

Высокая эфектыўнасць дэзактывацыі звязана не з адным параметрам матэрыялу.

На практыцы вялікае значэнне маюць:

• структура палімернай плёнкі;
• порыстасць;
• шурпатасць;
• наяўнасць мікрадэфектаў;
• хімічная ўстойлівасць;
• адгезія да асновы;
• устойлівасць да дэзактывацыйных раствораў;
• захаванне цэласнасці пасля шматразовай апрацоўкі.

Калі паверхня мае поры, трэшчыны або ўчасткі разбурэння, забруджванне можа замацоўвацца значна мацней.

Таму дэзактывуемае пакрыццё павінна захоўваць уласцівасці не толькі непасрэдна пасля нанясення, але і пасля прадугледжанага эксплуатацыйнага ўздзеяння.

Устойлівасць да дэзактывацыйных саставаў

Эфектыўная дэзактывацыя немагчымая без хімічнай устойлівасці пакрыцця.

Падчас ачысткі на паверхню ўздзейнічаюць спецыяльныя растворы. Пакрыццё пры гэтым не павінна разбурацца, размякчацца, адслойвацца або губляць свае ахоўныя ўласцівасці.

Для пакрыццяў, якія прымяняюцца на АЭС, нарматыўныя патрабаванні прадугледжваюць выпрабаванні на ўздзеянне адпаведных дэзактывацыйных рэцэптур і іншых фактараў.

Для пакрыццяў АЭС з рэактарамі ВВЭР, напрыклад, ГОСТ Р 51102-97 прадугледжвае дадатковае ўздзеянне раствора, які змяшчае борную кіслату, гідраксід калію і гідразингідрат.

Гэта добра паказвае, чаму агульная фармулёўка «хімічна ўстойлівая эмаль» недастатковая для ацэнкі прыдатнасці матэрыялу.

Неабходна разумець, да якіх менавіта асяроддзяў і ў якіх умовах пакрыццё захоўвае свае характарыстыкі.

Радыяцыйная ўстойлівасць пакрыцця

Радыяцыйная ўстойлівасць — асобны паказчык, які неабходна разглядаць у дачыненні да канкрэтнай зоны эксплуатацыі.

Іанізуючае выпраменьванне здольна паступова змяняць уласцівасці палімерных матэрыялаў.

У залежнасці ад саставу пакрыцця і ўзроўню ўздзеяння могуць змяняцца:

• знешні выгляд;
• эластычнасць;
• трываласць;
• адгезія;
• хімічная ўстойлівасць;
• здольнасць пакрыцця захоўваць цэласнасць.

Таму для матэрыялаў, якія працуюць у адпаведных умовах, ацэньваецца захаванне эксплуатацыйных характарыстык пасля ўздзеяння ўсталяванай дозы выпраменьвання.

Пры гэтым радыяцыйная ўстойлівасць і дэзактывуемасць — розныя характарыстыкі.

Пакрыццё можа быць устойлівым да ўздзеяння выпраменьвання, але недастаткова эфектыўна выдаляць радыеактыўнае забруджванне. І наадварот, добрыя дэзактывацыйныя ўласцівасці самі па сабе не азначаюць неабмежаваную радыяцыйную ўстойлівасць.

Хімічная ўстойлівасць

Для атамных аб'ектаў хімічная ўстойлівасць можа мець некалькі аспектаў.

Пакрыццё павінна вытрымліваць уздзеянне канкрэтных тэхналагічных асяроддзяў, вады, мыючых і дэзактывацыйных раствораў у межах прадугледжаных умоў эксплуатацыі.

Пры гэтым ацэньваецца не абстрактная «хімічная ўстойлівасць», а паводзіны пакрыцця ў канкрэтным асяроддзі.

На вынік уплываюць:

• канцэнтрацыя рэчыва;
• тэмпература;
• працягласць уздзеяння;
• перыядычнасць кантакту;
• стан пакрыцця;
• таўшчыня сістэмы.

Таму пры падборы матэрыялу неабходна супастаўляць рэальныя ўмовы эксплуатацыі з дадзенымі выпрабаванняў канкрэтнага ЛФМ.

Тэмпературная ўстойлівасць

Тэмпература непасрэдна ўплывае на доўгавечнасць палімернага пакрыцця.

Для абсталявання і трубаправодаў неабходна ўлічваць менавіта тэмпературу паверхні, якая можа істотна адрознівацца ад тэмпературы навакольнага паветра.

Варта вызначыць:

• пастаянную рабочую тэмпературу;
• максімальную тэмпературу;
• працягласць уздзеяння;
• наяўнасць тэмпературных цыклаў.

Павышаная тэмпература можа паскараць старэнне звязвальнага і змяняць фізіка-механічныя характарыстыкі плёнкі.

Таму тэмпературны дыяпазон эксплуатацыі павінен быць прадугледжаны тэхнічнымі характарыстыкамі выбранай сістэмы.

Падрыхтоўка паверхні

Нават спецыялізаванае пакрыццё для атамнага аб'екта не зможа забяспечыць разліковы рэсурс пры незадавальняльным стане асновы.

Перад нанясеннем неабходна выдаліць:

• прадукты карозіі;
• акаліну;
• маслы;
• солі;
• пыл;
• старыя нешчыльна звязаныя пакрыцці;
• іншыя забруджванні.

Асаблівая ўвага надаецца зварным злучэнням, кромкам, стыкам і цяжкадаступным участкам.

Якасць падрыхтоўкі непасрэдна ўплывае на адгезію і доўгавечнасць сістэмы.

Сістэма пакрыцця: грунт, прамежкавы слой і фінішная эмаль

Для адказных металічных канструкцый пакрыццё варта разглядаць як адзіную сістэму.

Грунтовачны слой

Фарміруе аснову сістэмы і забяспечвае неабходныя характарыстыкі на мяжы з металічнай асновай.

Прамежкавы слой

Пры неабходнасці павялічвае агульную таўшчыню і дазваляе сфарміраваць дадатковыя ахоўныя характарыстыкі.

Фінішны слой

Фарміруе паверхню, якая непасрэдна ўспрымае ўздзеянне навакольнага асяроддзя, тэхналагічных раствораў і эксплуатацыйных фактараў.

Для дэзактывуемых пакрыццяў асаблівае значэнне набывае якасць менавіта павярхоўнага слоя: яго цэласнасць, гладкасць, хімічная ўстойлівасць і здольнасць захоўваць уласцівасці пасля дэзактывацыі.

Эпаксідныя і поліурэтанавыя сістэмы

Эпаксідныя пакрыцці шырока прымяняюцца ў прамысловай процікарозійнай абароне дзякуючы адгезіі і хімічнай устойлівасці.

Поліурэтанавыя матэрыялы могуць выкарыстоўвацца ў якасці фінішных слаёў, калі адначасова патрабуюцца ахоўныя і дэкаратыўныя характарыстыкі.

Аднак хімічная прырода звязвальнага сама па сабе не вызначае прыдатнасць матэрыялу для канкрэтнай зоны АЭС.

Нельга зрабіць выснову:

«Гэта эпаксідная сістэма, значыць, яна падыходзіць для атамнага аб'екта».

Або:

«Гэта поліурэтан, значыць, ён устойлівы да радыяцыі і дэзактывацыі».

Для адказных прымяненняў значэнне маюць канкрэтная рэцэптура, сістэма пакрыцця, умовы эксплуатацыі і пацверджаныя вынікі выпрабаванняў.

Кантроль якасці пакрыцця

Для пакрыццяў на атамных аб'ектах асабліва важная ўзнаўляльнасць тэхналогіі.

Кантралявацца могуць:

• стан і ступень падрыхтоўкі паверхні;
• шурпатасць;
• тэмпература асновы;
• вільготнасць;
• таўшчыня кожнага слоя;
• міжслаёвая вытрымка;
• умовы высыхання або полімерызацыі;
• выніковая таўшчыня;
• адгезія;
• наяўнасць дэфектаў;
• суцэльнасць пакрыцця.

Для дэзактывуемых пакрыццяў дадаткова ацэньваюцца прадугледжаныя нарматыўнай дакументацыяй паказчыкі, уключаючы каэфіцыент дэзактывацыі і ўстойлівасць да дэзактывацыйных рэцэптур. ГОСТ Р 53371-2009 устанаўлівае метад вызначэння каэфіцыента дэзактывацыі менавіта на аснове вымярэння радыеактыўнага забруджвання да і пасля дэзактывацыі.

Тыповыя памылкі пры выбары пакрыцця

Арыентацыя толькі на процікарозійныя ўласцівасці

Для атамнай энергетыкі гэтага недастаткова.

У залежнасці ад зоны могуць спатрэбіцца пацверджаныя характарыстыкі па дэзактывацыі, хімічнай, тэмпературнай і радыяцыйнай устойлівасці.

Блытаніна паміж радыяцыйнай устойлівасцю і дэзактывуемасцю

Гэта розныя ўласцівасці.

Першае характарызуе захаванне характарыстык пакрыцця пры радыяцыйным уздзеянні.

Другое — эфектыўнасць выдалення радыеактыўнага забруджвання з паверхні.

Выбар матэрыялу толькі па тыпе звязвальнага

Эпаксіднае, поліурэтанавае або іншае звязвальнае само па сабе не пацвярджае прыдатнасць канкрэтнага ЛФМ для прымянення на АЭС.

Ігнараванне паверхні

Дэзактывуемае пакрыццё павінна фарміраваць цэласную паверхню. Поры, трэшчыны, недафарбаванні і адслойванні могуць істотна пагоршыць эксплуатацыйныя характарыстыкі.

Адсутнасць пацверджаных выпрабаванняў

Для адказных прымяненняў недастаткова заявы вытворцы аб тым, што матэрыял «падыходзіць для АЭС».

Неабходна супастаўляць характарыстыкі матэрыялу з патрабаваннямі канкрэтнага праекта і нарматыўнай дакументацыі.

Як выбіраць пакрыццё для атамнай станцыі

Падбор сістэмы неабходна пачынаць з вызначэння ўмоў эксплуатацыі.

Толькі пасля аналізу гэтых параметраў можна карэктна выбіраць канкрэтную сістэму ЛФМ.

Вынікі і высновы

Пакрыцці для атамных станцый нельга выбіраць па прынцыпе «самая дарагая эмаль — самая надзейная».

Для кожнай зоны вызначаецца ўласны комплекс патрабаванняў.

Калі асноўная задача — атмасферная процікарозійная абарона, сістэма павінна забяспечваць неабходную ўстойлівасць да ўздзеяння навакольнага асяроддзя.

Калі пакрыццё эксплуатуецца ў зоне магчымага радыеактыўнага забруджвання, дадаткова набываюць значэнне дэзактывуемасць і каэфіцыент дэзактывацыі.

Калі матэрыял падвяргаецца ўздзеянню іанізуючага выпраменьвання, ацэньваецца яго радыяцыйная ўстойлівасць.

Калі паверхня рэгулярна апрацоўваецца хімічнымі растворамі, неабходна пацверджанне ўстойлівасці да адпаведных дэзактывацыйных і тэхналагічных асяроддзяў.

Такім чынам, для атамнай энергетыкі неабходна адрозніваць як мінімум тры ўзаемазвязаныя, але розныя характарыстыкі:

процікарозійная ўстойлівасць → радыяцыйная ўстойлівасць → дэзактывуемасць.

Пры гэтым высокі каэфіцыент дэзактывацыі з'яўляецца перавагай менавіта ў кантэксце эфектыўнага выдалення радыеактыўнага забруджвання: нарматыўная методыка вызначае яго праз суадносіны забруджвання да і пасля апрацоўкі.

Галоўны прынцып выбару застаецца нязменным:

умовы эксплуатацыі → патрабаванні да пакрыцця → пацверджаныя характарыстыкі → тэхналогія нанясення → кантроль якасці.

Для аб'ектаў атамнай энергетыкі асабліва важна, каб заяўленыя ўласцівасці матэрыялу былі пацверджаны адпаведнымі выпрабаваннямі і дакументацыяй. ГОСТ Р 51102-97 устанаўлівае комплекс патрабаванняў да дэзактывуемых палімерных пакрыццяў, уключаючы паказчыкі дэзактывацыі, устойлівасць да дэзактывацыйных рэцэптур, фізіка-механічныя характарыстыкі і радыяцыйную ўстойлівасць.

Менавіта таму прамысловае пакрыццё на АЭС варта разглядаць не як звычайны лакафарбавы матэрыял, а як тэхналагічную сістэму, характарыстыкі якой павінны быць узгоднены з канкрэтнымі ўмовамі эксплуатацыі і патрабаваннямі аб'екта.