燃氣電廠循環(huán)水管道內(nèi)壁陰極保護及防腐施工案例

李 航

（京能集團北京京西燃氣熱電有限公司，北京 100041）

0 引言

某燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組，循環(huán)水系統(tǒng)主要由2套聯(lián)合循環(huán)機組配12格機力通風冷卻塔、4臺循環(huán)水泵及相應(yīng)的構(gòu)筑物，以及1座循環(huán)水泵房構(gòu)成。

循環(huán)供水系統(tǒng)工藝流程為：循環(huán)水被冷卻塔冷卻后經(jīng)機力塔水池自流至循環(huán)水泵前池，經(jīng)循環(huán)水泵升壓后通過循環(huán)水管道送至主廠房凝汽器和汽機、燃機的輔機冷卻水系統(tǒng)，水攜帶熱量后通過循環(huán)水回水管道送入冷卻塔冷卻，進入下一次循環(huán)。

在投產(chǎn)第8年機組檢修期間，對循環(huán)水主管道內(nèi)壁進行了目視檢查，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)管道內(nèi)壁存在大面積點腐蝕，防腐層脫落等情況。 最終對管道內(nèi)壁全面進行了除銹，重做防腐，并且進行陰極保護施工提高管道抗腐蝕性。

本次施工范圍是循環(huán)水供回水管道，情況如下：

循環(huán)水壓力供水管

自循環(huán)水泵出水管至主廠房入戶管之間的管段部分，管材采用焊接鋼管，“二拖一”機組循環(huán)水供水干管規(guī)格為DN2600，“一拖一”機組循環(huán)水供水干管規(guī)格為DN1800，每臺循環(huán)水泵設(shè)一條出水管，大泵管徑為DN2000，小泵管徑為DN1400，4條出水管出泵房后合并為1條干管，干管為DN2800。循環(huán)水壓力管采用直埋敷設(shè)，管頂覆土約3～4m。

循環(huán)水回水管

自主廠房至機力通風冷卻塔之間的管段部分。“二拖一”機組循環(huán)水回水干管規(guī)格為DN2600，“一拖一”機組循環(huán)水回水干管規(guī)格為DN1800， 回水聯(lián)絡(luò)管規(guī)格為DN2400，進入冷卻塔區(qū)域后分別接至機力通風冷卻塔，每格機力通風塔進水管規(guī)格為DN1000，全部采用焊接鋼管，直埋敷設(shè)

1 原因分析

因素一：基建期鋼管涂裝階段，管道內(nèi)壁涂裝前未達到標準要求的光潔度便進行涂刷；涂裝前管道內(nèi)壁未完全干燥便進行涂裝，以上情況均會造成涂料附著力不足。

因素二：循環(huán)冷卻水使用的是城市再生水，其中氯元素含量較高，腐蝕性較強，會加快循環(huán)水管道內(nèi)壁腐蝕速度。由于管道材質(zhì)為Q235，不具備較好的抗腐蝕性質(zhì)，在出現(xiàn)部分防腐層脫落以及點腐蝕后，其防腐層脫落速度以及管壁腐蝕面積的擴張速度都將加快。

2 施工方案

2.1 施工方式選擇

由于循環(huán)水主管道主要布置在廠房正下方，不具備開挖換管條件，但主管道管徑均大于DN700，具備人員進入管道內(nèi)作業(yè)的條件。因此采用人員進入管道內(nèi)部作業(yè)的施工方式。

2.2 管道內(nèi)壁防腐方案

傳統(tǒng)除銹方式一般采用噴砂、噴丸，但本工程存在諸多不利因素：

因素1：循環(huán)水管道總面積達到5500平米，按照每平米需要8千克石英砂計算，共需要約44噸石英砂，其搬運、清理都需要大量的人力；

因素2：一旦進行噴砂作業(yè)，管道內(nèi)將產(chǎn)生大量粉塵，對人員健康將產(chǎn)生極大的危害，并存在窒息風險；

因素3：管道內(nèi)壁陰極保護施工需動火作業(yè)，在與噴砂交叉作業(yè)時將存在極大的安全隱患。

考慮到以上不利因素，需尋找一種能夠高效除凈管壁金屬銹蝕且不產(chǎn)生粉塵以及有害氣體的除銹方式。通過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)高壓水除銹方式因其安全、高效、環(huán)保的特點，普遍用于鋼閘板、儲油罐的內(nèi)外壁除銹作業(yè)，雖未調(diào)研到循環(huán)水管道內(nèi)采用高壓水槍除銹的相關(guān)項目，但施工技術(shù)人員以及電廠工程師經(jīng)現(xiàn)場考察后認為此種除銹方式具備可行性，并最終決定采用高壓水沖洗方式對管道內(nèi)壁進行除銹。

2.3 陰極保護方案

2.3.1 陰極保護方式選擇

陰極保護的方式有兩種[1]，一種是犧牲陽極（ACP）一種是外加電流（ICP），但采用外加電流法需對管道進行打孔將外接電纜與管道內(nèi)壁相連接，不便于施工，并且施工后需長期對電流、電壓等進行巡查監(jiān)護，增加人力消耗，因此本次工程采用犧牲陽極（ACP）進行施工。

2.3.2 方案設(shè)計

（1）陽極塊選擇以及用量計算

參照標準GB/T16166-2013 4.1節(jié)選擇陽極材料，如表1所示。

表1

經(jīng)測量循環(huán)水電阻率大于200Ω?cm，宜采用陽極塊材料為鎂合金或鋁合金，由于管道內(nèi)空間有限，本次選用消耗速率更慢的鋁合金陽極；

（2）陽極塊用量計算

參照標準GB/T16166-2013 4.6節(jié)可知，管道保護電流密度應(yīng)在25～35mA/m2，選取30mA/m2進行計算；計劃使用年限為20年，鋁合金陽極塊尺寸為500×（105+135）×100mm，凈重15KG，經(jīng)第三方廠家質(zhì)量測試，陽極塊電容量為2600A·h/kg。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，結(jié)合標準GB/T16166-2013附件A3.6陽極塊壽命計算公式（1），對陽極塊用量進行反推，計算過程如下[1]：

式（1）中：

Y為陽極塊使用壽命，單位：年；

Q為陽極實際電容量數(shù)值，單位：安培小時每千克（A·h/kg）；

G為每支陽極質(zhì)量的數(shù)值，單位：千克（kg）；

1/K為陽極利用系數(shù)，取值：0.85；

Im為每支陽極平均發(fā)生電流數(shù)值，單位：安培（A），此值按照標準GB/T16166-2013附件A3.5公式（2）進行計算如下：

式（2）中If為管道保護所需的理論電流值。

計算此電流需結(jié)合本電廠循環(huán)水管道內(nèi)壁表面積進行計算，已知電流密度為30mA/m2，并將每個管段面積共同帶入式（2），求得If，系數(shù)取0.7，可計算出Im值，將以上數(shù)值帶入公式（1），求得每個管段所需陽極塊質(zhì)量，已知單塊陽極塊質(zhì)量為15KG，便可計算各管段所需陽極塊總質(zhì)量，各管段內(nèi)壁面積及陽極塊用量結(jié)果如表2所示。

表2

2.3.3 工藝介紹

陽極塊采用焊接方式，安裝在管道垂直高度為半徑的管道內(nèi)壁，安裝方式與標準GB/T16166-2013 6.3節(jié)所要求一致；高壓水槍所用高壓泵型號為200TJ3，整臺高壓泵置于集裝箱內(nèi)，便于移動和安裝，經(jīng)反復試驗，確定水槍壓力調(diào)節(jié)至180MPa時除銹效果最佳，在銹蝕沖洗干凈后迅速使用拖把棉布等將管壁內(nèi)殘留水分擦干，在浮銹產(chǎn)生前進行底漆涂刷。

2.4 施工工期

由于電廠檢修工期緊張，陰極保護以及管道防腐工作需同時進行，綜合考慮電廠循環(huán)水管道布置特點以及施工工藝差別進行工期安排，如進度圖（表3）所示。

表3

3 施工效果

3.1 施工各階段

圖1 內(nèi)壁未清理

圖2 高壓水沖洗后

圖3 內(nèi)壁防腐完成

圖4 陽極塊地腳防護

圖7 防腐層完好

圖8 陽極塊表面電化學反應(yīng)產(chǎn)物

圖9 測量保護電位

圖10 硫酸銅參比電極測量值

3.2 效果檢查

各項施工驗收合格后，系統(tǒng)投入使用。在運行1年后，管道放水并打開人孔進行檢查。

根據(jù)標準GB/T16166-2013 7.1.3節(jié)參比電極保護電位標準如表4所示。

表4

管道材質(zhì)Q235，采用硫酸銅參比電極進行保護電位測量，實測值0.997V（萬用表反接），符合標準要求，陽極塊對金屬管道內(nèi)壁產(chǎn)生了電化學保護。

4 結(jié)語

本次施工對循環(huán)水管道陰極保護的陽極塊用量計算提供了一定參考，并在施工后一年對陰極保護效果進行了復查，證明了陰極保護對中水介質(zhì)的循環(huán)水管道具備保護效果。

本次施工為電廠大管徑管道內(nèi)壁除銹提供了新的思路，采用高壓水槍處理循環(huán)水管道內(nèi)壁銹蝕效果得到證實。

此類施工全程為有限空間內(nèi)作業(yè)，并且同時存在動火作業(yè)以及高壓水沖洗作業(yè)，對安全措施要求較高，施工過程中作業(yè)人員全程要求佩戴氧表，并且為保證人員作業(yè)安全，管道共增加3處人孔為工作人員提供通風，每50m內(nèi)管道必存在1處機械強制通風，為其他類似施工項目提供安全方案的參考。