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能
北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/18 23:48:50
华能上海石洞口第二电厂全厂的阴极保护主要包括下列内容。
1.地下钢管桩、地下管道、埋地钢结构保护;
2.循环水管(厂内部分)保护;
3.循环水管(厂外部分)保护;
4.循环水泵房的拦污栅、旋转滤网及循环水泵泵体保护;
5.凝汽器保护;
6.卸煤码头钢管桩保护。
其中,1、2、4、5项由美国萨金·伦迪工程公司设计,第3项由上海市隧道工程设计院设计,第6项由上海中腐防蚀新技术研究设计。
1 地下钢管桩、地下钢管道、埋地钢结构的阴极保护
根据上海地区的土质,对于独立(电气上不加专门的连接线)的钢管桩、地下管道、埋地钢结构等生般不需要采用防腐涂料、牺牲阳极或者外加电流等专门的防腐措施,只要采取适当增加钢管桩的壁厚来延长它的使用寿命即可。设计中,因为没有任何防护措施,只要采取适当增加钢管桩的壁厚来延长它的使用寿命即可。设计中,因为没有任何防护措施,以每年0.025mm的腐蚀速度计算,钢管桩管壁的设计余度考虑为1.5mm。这些独立的地下钢构件在施工时较简单。经验表明,这样的设计裕度是可行的。
设计中,电厂的主厂房、烟囱、灰库等大型建筑物的钢管桩、地下管道等埋地钢结构,组成一个"非独立"系统;即它们在电气上与全厂的避雷及接地网相连接。在此,这部分钢结构受交流杂散电流的影响大,腐蚀速度就比独立的钢结构系统要严重。
设计中,为减少杂散电流对钢结构的影响,采用牺牲阳极法对钢构件进行保护。施工时,在地下钢构件就位后,将"牺牲阳极"安置在适当的范围内,并同结构件连接。全厂共埋入500余支"锌—铝—镉合金牺牲阳极",设计寿命为40年。
1998年10月,对主厂房、烟囱等钢管桩接地网络进行了保护电位值测量(见表1)。
表1 钢管桩接地网络保护电位值的测量(相对于Cu/CuSO\-4)-V
由表1表明,主厂房钢管桩接地网络电位处在-0.660～-0.674V,接近钢的自然腐蚀电位,钢桩处于腐蚀状态;输煤皮带栈桥、除尘器钢架钢管桩接地网络达不到-0.85V,保护电位尚不足,预计保护度达到80左右;由此可见接地网络都处于保护不足状态。分析认为,阳极数量不够、分布不均可能是主要原因。
2 埋地循环水管(厂内部分)保护
过去,人们单一采取管道内、外涂刷涂料或外包玻璃钢以隔绝管道与土壤之间接触;但由于管道在安装时涂层发生破损,或管道埋地后涂层本身发生自然老化,腐蚀便在这些裸露表面发生,腐蚀电流在这些区域大大增加,最终造成管道局部腐蚀加快,甚至穿孔。
在沿海地区,土壤电阻率较低,我国沿海地区土壤电阻率一般在20Ωm左右,土壤电阻率的大小是表征土壤腐蚀性大小的一个重要标志。一般地区土壤腐蚀性分级标准见表2。
表2 一般地区土壤腐蚀性分级标准
目前,埋地循环水管的保护一般采用涂料防腐和阴极保护联合措施。外涂防腐层可使表面电阻提高。为减少对其他钢结构杂散电流的影响,阴极保护宜采用牺牲阳极法。
埋地钢质循环水管的外径为3.1m,壁厚12mm,总长度约3000m。联合保护措施除了内、外壁采用环氧沥青防腐涂料外,还采用牺牲阳极法对其阴极保护:在循环水管内设有1452支(每支127×127×722,约97.5kg)锌阳极,沿循环水管道内部底部以9m间距交错安装,留出0.914m的通道(见图1)。此外,在循环水管四周还埋设了总计约2500支的地床阳极,每支地床阳极重约22kg,材料为锌—铝—镉合金牺牲阳极;采用直径为6mm的钢筋直接焊在循环水管上(见图2)。为了降低地床阳极的接地电阻,埋地牺牲阳极还使用填包料。其成份为30生石膏粉,60膨润土及10工业硫酸钠;填包料的厚度不小于50mm,并保证阳极四面填料混合均匀、厚度一致、密实;填包料采用棉质布袋预包装及现场包封。埋地牺牲阳极的埋设深度以阳极顶部距地面不小于1m为宜。
图1 循环水管内牺牲阳极安装示意图
图2 循环水管外部牺牲阳极安装示意图
在牺牲阳极埋地后10天左右,管道将极化到一般保护电位范围;此时,可通过多个专门的接线箱内的端子,测得循环水管道的对地电位。牺牲阳极投入运行后,应定期对管道进行电位测试,必要时调整牺牲阳极的数量和位置,直至管道均处于保护状态。
目前实测的保护电位值见表3。
表3 循环水管线保护电位测量数据表(相对于Cu/CuSO4)-V
因未对循环水管内牺牲阳极的"牺牲"情况进行检查,牺牲阳极状况不明;估计管内的牺牲阳极作用不会太大。参照我国石油工业部制订的规范和标准,测得的保护电位值应为-0.85V或更负(相对于Cu/CuSO\-4参比电极)。由表3数据可见,保护电位在-0.940～-1.409V(相对于Cu/CuSO\-4参比电极)之间,可见保护效果很好。分析认为,由于土壤电阻率低,地床阳极起了主要的作用。
3 循环水管(厂外部分)保护厂外部分
循环水管系指从循环水泵房至长江的取、排水口的二条取水管和二条排水管。
电厂的取、排水管由壁厚为0.3m的混凝土拼装管组成。两条取水管内径为4200mm,每根长度为889.60m;两条排水管内径为4200mm,每根长度为383.80m。这一段的大部份未采用阴极保护。但是在取、排水管的垂直顶升段采用了牺牲阳极法进行保护(见图3)。在隧道的垂直顶升段安装有36个ZAC-1型阳极,每个阳极重量为80kg,4段共114个;在顶升管段的钢格栅及混凝土管段上,装有25个ZAC-2型阳极,每个阳极重39kg,4段共100个。选用中船总第725研究所生产的锌—铝—镉合金牺牲阳极。
图3 取、排水管的垂直顶升段采用牺牲阳极法保护
由于无法检查,对取、排水管的垂直顶升段所采用的牺牲阳极状态无法确认。
4 循环水泵房的拦污栅、旋转滤网及循环水泵泵体保护
循环水泵房中的栏污栅、旋转滤网及水泵泵体等设备在电厂中起着重要的作用,且工作环境恶劣,所以在设计中除了考虑方便更换及选用优质材料外,还采用适当的阴极保护措施。
对循环水泵站的拦污栅、旋转滤网及水泵泵体采用了外加电流法进行保护。共设置12支可调辅助阳极和3支参比电极。辅助阳极由CorrosionService公司提供,最长的辅助阳极尺寸达17.6m,用预埋的角钢支撑,安装在厚6.5mm的PVC管内。用4台磁饱和恒电位仪供电,每台输出电压为50V,直流电流为75A,恒电位仪由Good-allElectric公司提供。由于叶轮、大轴轴套均采用不锈钢,所以水泵内部未设外加电流保护。
由于阳极、参比电极处水流很急,电缆被冲断,阳极、参比电极脱落,PVC管断裂,失去保护作用,至使4台恒电位仪无法启用。曾在1995～1996年间对1A、1B拦污栅补充采用了锌—铝—镉合金牺牲阳极保护。1998年10月对2台循环水泵检查发现:泵体内部的叶轮、轴、轴套(均为不锈钢)表面无腐蚀;泵体上端钢管内部涂层完好,乳白色的厚环氧砂浆涂层坚硬,除上部2管节有局部(约0.40m2)脱落外未见腐蚀,分析认为是当时安装时损伤涂膜所引起;但在叶轮尖端泵体上有3段长约40～80cm、深20～30mm,宽60mm以上的腐蚀带,空蚀区表面呈疏松蜂窝状。
5 凝汽器保护
冷凝器的冷却管、板均为金属钛,具有优越的防腐能力;对冷凝器的水室内壁采用环氧重防腐涂料涂装。考虑到冷凝器定期保养及维修,冷凝器采用了牺牲阳极保护法,在后水室的支撑杆和人孔盖上共装有30块250×150×30mm的阳极,在前水室共装有12块同样规格的阳极和4块350×30mm的阳极,阳极为锌—铝—镉合金。
1998年10月,对2号机的凝汽器内的牺牲阳极进行了调查。发现冷凝器的冷却管、板表面光亮,水室内壁的环氧重防腐涂层完整,未见明显腐蚀。但在支撑杆与管板的接触处四面有宽10mm以上的一周凹陷,仔细检查稍有不平,深度达6mm左右;由于表面涂上了一层新漆,所以未见腐蚀原貌。在锌—铝—镉合金阳极的表面,有一层很粗糙的厚约3mm的白色硬壳,四只边角有极小的缺损,可见锌—铝—镉合金并不"牺牲",没有起到应有的保护效果。
6 卸煤码头钢管桩保护
电厂煤码头承重大,又受到水流水平剪切力的作用,一般采用钢管桩。目前,海水中采用阴极保护方法来防止钢桩的电化学腐蚀,这一技术已日趋成熟;它既可采用牺牲阳极法,也可采用外加电流法。前者一次性投资大,但治理相当方便。牺牲阳极一般采用铝合金材料,其使用寿命可达20～30年,它通过与钢的直接焊接实现电连接,这一方法对以后更换阳极较为方便。外加电流法最大优点在于能通过调节辅助阳极输出电流来改变阴极保护所需的电流值,当海水介质的参数(温度,流速、含盐量)发生较大变化时仍能使钢桩电位处于保护电位范围之内。外加电流法选用的辅助阳极主要有高硅铸铁、铅银以及镀铂钛等几种类型。由于海水中存在大量的Ca 、Mg 离子,故随着阴极极化的进行,阴极表面产生的OH-与Ca 、Mg 离子结合生成的氧化膜可使阴极保护电流在后期比初始保护值小三分之二。国外文献报道,对钢管桩在海水飞溅区最有效的保护方法是采用蒙乃尔合金400号(66Ni-31.5Cu-1.35Fe-0.90Mn)。目前,在我国沿海地区的大型电厂煤码头钢管桩大多数采用外加电流阴极保护。
煤码头(设计能力为35000t级)位于长江口,水质以淡水为主,时有海水倒灌。钢桩自下而上各段的腐蚀机理不一样,泥土区和全浸区以电化学腐蚀为主,潮差区和全浸区之间以构成氧浓差电池为主的腐蚀,浪溅区以氧化腐蚀为主。为保证码头钢桩的使用寿命,曾考虑过牺牲阳极方案对钢桩的全浸区及泥土区进行保护;但历年水质资料表明,由于江水的电阻率太大,牺牲阳极不能满足防腐要求;当海水倒灌时,江水的电阻率波动很大,因此,如用外加电流法保护,将导致枯水期和丰水期阴极保护电流相差达几十倍;所以,外加电流法保护也要慎重考虑。
原设计中,钢管桩的寿命以富裕度来保证,即对每一根钢管桩采用3种不同厚度的普钢管焊接,在钢管桩的严重腐蚀部分(潮差段和全浸区)除增加壁厚外,还外加防腐油漆,而对大部分管段(泥土段)没有任何防护。
施工中由于起吊及桩头处理等原因,防护涂漆层损伤严重,于是增加了一项工序,即采用水下涂料SM-2环氧沥青对钢桩的潮差段进行了二次保护。(因当时干式护套工艺尚未成熟,故仅仅涂刷到低潮位)
电厂投产后,1996年对煤码头钢桩的腐蚀情况调查发现,经过前6年浸泡,潮差段根部的SM-2涂膜与钢管桩剥离,出现"裙边"状态;采用干式护套下潜探测发现,在2m深的全浸区钢桩表面出现不同程度的坑蚀。这改变了过去认为在淡水介质中,码头钢桩不会受到明显腐蚀的观念。
同年对煤码头钢管桩阴极保护方案讨论时,对码头284根直径为900mm的钢桩提出了进一步完善的保护方案,即采用涂层及外加电流阴极保护联合防护(见图4)。
图4 煤码头钢桩保护示意图
潮差段采用干式护套施工工艺,涂料选用ZF101环氧砂浆。
全浸区及泥土区采用外加电流保护,每根钢桩侧壁安装2支高硅铸铁辅助阳极,共568支。阳极布置成贴近式并带有PVC护套屏蔽。
为方便外加电流的实施,设计时将整个码头分成10个单元保护区,每个区约30根钢桩,设恒电位仪一台,并配3个参比电极(其中,一个为控制电极,2个为测量电极)。所有的电缆经分区单元的采集箱与控制室恒电位仪和微机自动监测系统相连。
表4 钢桩背面、侧面和正面的保护实测电位值(相对于Cu/CuSO\-4)-V
通电一周后达恒电位时,用Cu/CuSO\-4参比电极实测钢管桩的电位值(见表4),从表4可见,所有煤码头钢管桩均进入保护状态。
从测量结果可以看到,尽管阴极保护系统调试时江水电阻率接近4000Ω.cm,但钢桩仍能很快达到极化。正常值为-0.85～-1.10V,而且各部位的电位分布也相当均匀。这是由于采用空心园棒状阳极结构,增加了阳极的表面积,从而使阳极、阴极面积比得以提高;同时阳极安装了屏蔽套后使阳极输出电流更为均匀。
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