電廠(chǎng)海水循環(huán)水系統外加電流陰極保護

第18卷第4期全面腐蝕控制Vol.18 No.42004年8月TOTAL CORROSION CONTROLAug.2004電廠(chǎng)海水循環(huán)水系統外加電流陰極保護曲政龐其偉孟超(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，青島266071)摘要:根據外加電流陰極保護技術(shù)在某電廠(chǎng)海水循環(huán)水系統中的應用情況，結合理論及實(shí)踐經(jīng)驗，提出了海水循環(huán)水系統外加電流陰極保護設計及施工中應注意的一些問(wèn)題，希望能使該技術(shù)更多地被應用于生產(chǎn)實(shí)踐。關(guān)鍵詞:電廠(chǎng)海水循環(huán)水系統外加電流陰極保護Impressed Current Cathodic Protection Used in Seawater CirculatingSystem of Power PlantQu Zheng Pang Qiwei Meng Chao( Qingdao Research Institute for Marine Corrosion,CISRL,Qingdao.266071)Abstract; according to the applications of impressed current cathodic protection(ICCP) system used in seawater circulatingsystem of power plant, combining the theory and practice experience, the author put forward and discussed some questions aboutdesign and construction, and hope this technology can be used in practice more and more .Keywords: power plant;seawater circulating system; impressed current; cathodic protection1前言比電極作為系統控制和檢測電極。陰極保護技術(shù)包括犧牲陽(yáng)極和外加電流兩種方2.1主廠(chǎng)房?jì)妊h(huán)及開(kāi)式循環(huán)水管道系統組成法，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，對于電廠(chǎng)海水循環(huán)水系廠(chǎng)房?jì)妊h(huán)水系統包括中1820 x 16鋼管32m,統，具體選擇哪- -種方法，往往要根據所需保護電流材質(zhì)為Q235A; 4個(gè)90° φ 1820彎頭; DN1800蝶閥及的大小，可否獲得方便的輸入電源，是否會(huì )引發(fā)危險伸縮器4個(gè); DN1800二次濾網(wǎng)2個(gè)，材質(zhì)為316L;性以及設備結構空間大小等因素決定。-般對小口徑DNI800收球網(wǎng)2個(gè)，殼體為碳鋼襯膠，其它材質(zhì)主管道,海水流速及介質(zhì)組成變化較大，需提供較大保要是317LN不銹鋼; DN1800 波紋補償器4個(gè)，主要護電流情況，較適宜采用外加電流陰極保護。近年材質(zhì)為不銹鋼;凝汽器水室襯膠,冷凝管為鈦管,管來(lái),電廠(chǎng)機務(wù)部分海水循環(huán)水系統越來(lái)越多地采用外板為鈦鋼復合板。加電流陰極保護。機務(wù)部分循環(huán)水系統通常由管道開(kāi)式水系統包括φ 820x 7鋼管66米，材質(zhì)為(直管、彎頭及大小頭等)、設備(如凝汽器、換熱器、Q235A;電動(dòng)濾水器2臺，整體材質(zhì)為316L不銹鋼;濾網(wǎng)、蝶閥等)組成，具有復雜的結構、多種材質(zhì)連φ 630x 7鋼管7米，材質(zhì)為Q235A; φ 529 x 7鋼接，這些都使管道及設備系統陰極保護變得復雜，要管6米,材質(zhì)為10CrMoAl,閉式循環(huán)熱交換器2個(gè),對系統進(jìn)行全面地保護,必須進(jìn)行科學(xué)合理的設計和材質(zhì)為鈦。φ 377 x 6鋼管75米,材質(zhì)為10CrMoAl;電動(dòng)蝶閥9個(gè); 90'DN800熱壓彎頭6個(gè)，DN600 熱良好的防腐施工。2海水管道系統外加電流陰極保護應用壓彎頭4個(gè)，DN500熱壓彎頭2個(gè); DN800 x 500大小頭2個(gè), DN600 x 500大小頭8個(gè), φ DN500 x 350濱海某電廠(chǎng), 300MW發(fā)電機組,循環(huán)水為天然大小頭4個(gè)，φ 325 x 6鋼管45米; φ 219x 6鋼管海水,其主廠(chǎng)房?jì)妊h(huán)及開(kāi)式循環(huán)水鋼質(zhì)管道系統全48米。各種閥門(mén)8個(gè);電動(dòng)濾水器1臺:冷油器2臺;部采用外加電流陰極保護,保護系統由輔助陽(yáng)極、參另有比電極、恒電位儀、陽(yáng)極屏及連接電纜等附件組成。中國煤化工:該陰極保護系統選用了鉑鈮和混合金屬氧化物MHCNMH道系統由各種口徑(MMO)兩類(lèi)輔助陽(yáng)極，以Ag/AgCl和高純鋅復合參的管道，包括彎頭、大小頭等，同時(shí)管道又與多個(gè)設-14-全面腐蝕控制曲政等電廠(chǎng)海水循環(huán)水系統外加電流陰極保護2004年第18卷第4期備相連，系統中所用到的材質(zhì)有Q235A.鎳鉻合金、HFCF-1-1型參比電極，分別布置在進(jìn)水管路的蝶閥10CrMoAl、316L及317LN不銹鋼、鈦等，根據以下后和管道與凝汽器連接部分,回水管路的蝶閥前和管原則進(jìn)行了外加電流陰極保護系統的設計:道與凝汽器連接部分。為了保證陰極匯流線(xiàn)和測量線(xiàn)(1)考慮全局,重點(diǎn)保護,如在考慮管道達到保護的連接，設置了5個(gè)匯流基座。的前提下，重點(diǎn)考慮管道與設備相連部分，因為設備(2)閉式循環(huán)熱交換器部分與管道材質(zhì)的差異，易引發(fā)嚴重的電偶腐蝕問(wèn)題;設計選用了36支HFLF-1型MMO輔助陽(yáng)極,能(2)應充分考慮海水流速、水溫等對腐蝕速率的夠保證系統中的每一部分均能得到保護。為控制和檢影響;測，設計安裝4支HFCF-1-2型復合參比電極，分別(3)應保證鈦材不因過(guò)保護而吸氫，在電位布置在閉式循環(huán)熱交換器進(jìn)、出口管道上各一支,濾<- 0.75V(SCE)時(shí)，鈦材可能吸氫，引起氫脆腐蝕;水器進(jìn)水口管道- -支及φ820直管段上一支。系統中(4)輔助陽(yáng)極數量及設置應充分考慮到系統的設置了5個(gè)匯流基座。整體性,并盡可能避免電流屏蔽,同時(shí)要求可檢測所(3)冷卻油器部分有輔助陽(yáng)極的工作狀態(tài)，以便于檢修;設計安裝51支HFLF-2型MMO輔助陽(yáng)極，均勻(5)參比電極設置在有代表性的位置,以保證外布置保證系統保護各部分的平衡。選用5支HFCF-1-加電流保護系統運行的可靠性。2型復合參比電極對系統進(jìn)行控制及對保護效果進(jìn)行根據以上原則以及所保護對象的具體情況，H檢測，設置9個(gè)匯流基座。定將整個(gè)管道系統分為三個(gè)部分,采用三套各自獨立以上三個(gè)系統的電源及控制檢測儀器均為SF200的外加電流陰極保護系統。這三個(gè)部分為凝汽器部型恒電位儀(24V/40A)。分，閉式循環(huán)熱交換器部分及冷油器部分。2.3保護效果檢測各部分的設計結果如下:在整個(gè)循環(huán)水系統通水后，檢查系統連線(xiàn)，確認(1)凝汽器部分無(wú)誤后,按所確定的電流分別對三個(gè)系統進(jìn)行初始極設計安裝40支HFF-4型鉑鈮輔助陽(yáng)極，4支化，表1~3列出了系統運行8天后的檢測結果。表1A系統電位檢測結果編號及結果.2輸出電壓輸出 電流電極種類(lèi)(mV)(V)(A)Ag / AgCl-705-408-611-9214.719. 0高純鋅387596415130表2B系統電位檢測結果編號及結果-947-572-692-11284.014.213437229278表3C系統電位檢測結果3A)Ag/ AgCl-769-792-933-8194.432.0215266129244從以上結果可以看出，系統運行基本達到了預1030mV左右，考慮到實(shí)際使用的環(huán)境條件，可以說(shuō)期的效果，可為今后類(lèi)似的設計提供參考。同時(shí),從復合中國煤化工.另外,系統中多所測結果可以看出如下問(wèn)題:個(gè)參比HCNMH(式與每個(gè)參比電(1)從前面的測試數據可以看出，Ag/AgCl和高極就近毗單獨的則重殘，所側電儀結果稍有差異,但純鋅參比電極的差值基本在000mV左右,大部分在對于工程應用來(lái)講,這種連接方式已能滿(mǎn)足需要,且-15-全面腐蝕控制曲政等電廠(chǎng)海水循環(huán)水系統外加電流陰極保護2004年第18卷第4期可避免線(xiàn)路太多帶來(lái)的不便。(3)根據系統中的不同情況，設置多個(gè)參比電極(2)三系統測試結果均可看出,直管段或者說(shuō)單是非常必要的,它可以為我們提供各種情況下的保護純管道部分的外加電流保護相對容易,所測結果也可電位值,以便對系統進(jìn)行調整,以得到最理想的保護以達到常規的要求,但當管道與其它設備相連時(shí),而效果。如果只設幾個(gè)參比電極,則我們無(wú)法知道系統設備材質(zhì)與管道不同時(shí),保護效果并不是很理想。這的真實(shí)保護情況。是因為當碳鋼與不銹鋼或鈦材相連時(shí),其所需保護電根據前面的運行結果，我們對系統進(jìn)行了部分流要比單純碳鋼大得多。如A2. 3號參比所測結果均調整,運行- -年半后，對整個(gè)系統進(jìn)行了檢測,結果較正，這兩個(gè)參比所處位置正是管道與鈦管凝汽器、見(jiàn)表4~6。二次濾網(wǎng)(材質(zhì)316L)等設備的相連部位。表4A系統電位檢測結果. 編號及結果2輸出電壓.輸出電流電極種類(lèi)(mV)(V)_(A)Ag / AgC1-786- 408- 61-9214.719.0表5B系統電位檢測結果.編號及結果輸出電壓Ag L AgC- 947.572- 692-11284.014.2表6C系統電位檢測結果編號及結果4(V)Ag / AgCl-792. 933-81932.03外加電流陰極保護設計應注意的問(wèn)題外加電流陰極保護系統有兩種基本的控制方式,隨著(zhù)人們對腐蝕問(wèn)題的重視，采用外加電流陰即恒電位控制和恒電流控制，對于結構簡(jiǎn)單的單純極保護技術(shù)對海水管道系統進(jìn)行保護的應用越來(lái)越管道,我們可以進(jìn)行恒電位控制，因為在這樣的情況多，已取得了不少成功的應用經(jīng)驗,但還有不少問(wèn)題下，外加電流保護系統的保護電位均衡性易于實(shí)現，有待研究,以便進(jìn)-步完善鋼質(zhì)海水管道系統的外加輔助陽(yáng)極及參比電極定位相對容易，但對一個(gè)復雜電流保護技術(shù)。的體系,定位就相當困難了,由前面的應用實(shí)例可以外加電流陰極保護系統由控制電源、輔助陽(yáng)極、看出,無(wú)論是采用哪種參比電極,不同位置的檢測電參比電極、陽(yáng)極屏及相應的電纜等組成。對于電廠(chǎng)海位值都相差很大，到底哪個(gè)參比電極可以作為系統水循環(huán)水系統,由于各種管道及設備較多,且管道與.恒電位的控制電極呢?這種情況下,我們認為可以根設備材質(zhì)- -般不同 ,這都給外加電流陰極保護設計帶據各部分的極化情況,以極化不足位置的參比電極作來(lái)了一定的困難。為恒電位控制電極，同時(shí)根據其它參比電極的數值，輔助陽(yáng)極是外加電流陰極保護的重要部件，目對控制電位進(jìn)行調整,以保證系統保護的整體性,實(shí)前在海水循環(huán)水系統中常用的有鉑鈮陽(yáng)極和混合金屬現這種控制的一個(gè)重要前提是保證系統中各部分的輔氧化物陽(yáng)極，具體選用何種輔助陽(yáng)極,可根據情況加助陽(yáng)極布置合理,否則將出現顧此失彼的現象。另外以考慮。參比電極是用于系統檢測和控制的，它可以在實(shí)際的工程應用中,經(jīng)常有各種原因導致參比電極告訴我們系統保護的情況，并可以提供數據給恒電位失效的現象,因此在復雜的管路系統中,外加電流陰儀,以實(shí)現系統的自動(dòng)控制。目前常用的參比電極有極保中國煤化工固體粉壓式或網(wǎng)狀Ag / AgCI參比、高純鋅參比以及MHCNMH(電流陰極保護，由兼有兩者的復合參比等,復合參比由于同時(shí)具有兩者于系統下安師且的H儀奴里牧多,考慮到施工的的性能，近年來(lái)應用較多。方便，對于輔助陽(yáng)極連線(xiàn)，有人設計采用一根或幾-16-全面腐蝕控制曲政等電廠(chǎng)海水循環(huán)水系統外加電流陰極保護2004年第18卷第4期根陽(yáng)極主電纜將所有陽(yáng)極連接起來(lái),這種連接方式對護材料及設備,這些是陰極保護成功的前提,但最終于保護沒(méi)太大影響，但對于檢修，就帶來(lái)很大的問(wèn)的實(shí)現則通過(guò)施工來(lái)完成。外加電流陰極保護施工應題,因為無(wú)法在不停機狀態(tài)確定陽(yáng)極的工作情況。較注意以下問(wèn)題:好的陽(yáng)極連線(xiàn)建議采用每根陽(yáng)極都為獨立的電纜,在(1)施工前對所有電極進(jìn)行檢查,主要是外觀(guān)檢適當位置設置分線(xiàn)箱,分線(xiàn)箱內可以多個(gè)陽(yáng)極再與主查,表面不得沾有油污等其它雜物，電極體表面是否電纜連接,這樣可以通過(guò)分線(xiàn)箱很方便地對每支陽(yáng)極破損等;另外對連接及絕緣電阻進(jìn)行檢查,以保證連的工作情況進(jìn)行檢測。接或絕緣良好。在外加電流陰極保護設計時(shí)，對于管道與設備的(2)施工時(shí)嚴格按照設計圖進(jìn)行施工，輔助陽(yáng)極連接部位應重點(diǎn)考慮，特別是管道與二次濾網(wǎng)、收球及參比電極均要求連接良好,且對相應的電纜均要做網(wǎng)、凝汽器相連的部位,從實(shí)際情況來(lái)看,這些部位也好標記，以備將來(lái)檢修使用。是腐蝕最嚴重的部位,應該重點(diǎn)保護。在陰極保護設計(3)在有條件的情況下，所有陽(yáng)極周?chē)鶓鲫?yáng)時(shí)，對于該部分，建議采用獨立的恒電位儀進(jìn)行控制，極屏,以使電流分布盡可能均勻。在管道內壁有涂層使之成為一個(gè)單獨的系統,同時(shí)在特征的連接部位設置保護的情況下，可以防腐涂層為陽(yáng)極屏,對于無(wú)涂層參比電極進(jìn)行檢測，以避免過(guò)保護可能引起的危害。保護的情況，陽(yáng)極周?chē)鷳鲫?yáng)極屏,陽(yáng)極屏材料可選外加電流陰極保護- -般與防腐涂層聯(lián)合使用,對用重防腐涂料、環(huán)氧樹(shù)脂等材料。于較小的管道無(wú)法涂刷防腐涂層,設計時(shí)根據海水流(4)陰極保護安裝完成后，系統在通電之前應仔速及裸鋼，選取合適的保護電流密度;同時(shí)，由于在細檢查，檢查連線(xiàn)是否正確,看是否有短路現象，以小管道中輔助陽(yáng)極的電流傳輸距離較短,在小管道保確保- - -次性調試成功。護設計時(shí),應根據管道大小并考慮到管道走向等,合(5)陰極保護系統運行后，應根據各參比電極的理計算輔助陽(yáng)極的數量，并在管道系統中合理布置。反饋數值,對系統進(jìn)行調整,以使整個(gè)系統達到最佳我們知道,管道中海水的流速不同，其對金屬材保護狀態(tài)。料的腐蝕速率也不同。對-般碳鋼來(lái)說(shuō),流速高,腐陰極保護施工中應注意的問(wèn)題還有不少，在此蝕較重,而流速小,則腐蝕較輕。這是因為碳鋼在海不一- -羅列?？傊?，只有嚴格按照設計，科學(xué)施工，水中的腐蝕速度受溶解氧的擴散速度控制，流速越才能保證外加電流陰極保護系統有效地進(jìn)行工作。大，擴散層厚度越小，氧的極限擴散電流密度就越5結論大，相應地腐蝕速度也越大。在實(shí)際中常選10CrMoAI鋼作為小管道材料,這種材料的腐蝕速度根據外加電流陰極保護技術(shù)在某電廠(chǎng)海水循環(huán)隨流速開(kāi)始是緩慢增加,然后增長(cháng)越來(lái)越快。而對于水系統中的應用情況，可以看出,該技術(shù)對于海水循1Crl8Ni9Ti 和TC4,在高流速情況下,氧的供應快速環(huán)水系統的腐蝕防護是相當有效的,是- -項值得推廣而充分，有利于表面膜的成長(cháng)與修復,使材料處于鈍的、經(jīng)濟有效的防腐蝕技術(shù),同時(shí)我們也應認識到只化狀態(tài),故流速變化對腐蝕速度影響不大,且這種情有在全面了解情況的前提下,對系統進(jìn)行科學(xué)合理的況下還不易發(fā)生點(diǎn)蝕。在陰極保護情況下,海水流速設計及施工，才能達到預期的保護效果。不同,所需保護電流密度也不同,這是由于流速影響參考文獻了金屬材料的電極電位,要維持最小保護電位所需外[1)朱相榮等，金屬材料的海洋腐蝕與防護，北京:國防工業(yè)出版社，1999加電流值將隨流速增大而增加。通常海水流速增加，[2]周本省，工業(yè)冷卻水系統中金屬的腐蝕與防護，北京:化學(xué)工金屬材料的腐蝕電位向正方向移動(dòng),而在異金屬接觸業(yè)出版社，1993 .腐蝕情況下，海水流速增加，可使偶對中陽(yáng)極材料的[3]胡士信等，陰極保護保護工程手冊，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999腐蝕加劇。所有這些,我們在進(jìn)行海水管道系統外加[4]曲政。廬其偉等.淀海電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水系統的腐蝕與防護，管電流陰極保護設計時(shí)都必須加以考慮。中國煤化工4外加電流陰極保護施工應注意的問(wèn)題YHCNMHG科學(xué)合理的陰極保護設計，質(zhì)量合格的陰極保-17-