德國韋爾電站壓力鋼管抗腐蝕保護的更新

馬元珽 譯自英刊《水電與大壩》2009年第5期

德國韋爾抽水蓄能電站已經運行了 30多年,Schluchseewerk有限公司決定對其壓力鋼管的抗腐蝕保護實施更新。更新工程涉及對壓力鋼管各部件,包括壓力井、上游和下游配水管線、圓筒泄水閘門和 Lindau旁路的處理。需在12個月內完成40900m2的表面處理作業,包括采用噴砂除去原先的柏油基涂層,在表面涂上2層或 3層無溶劑雙組分環氧樹脂。

該公司總部設在德國黑林山南部地區,運營5座水電站,共20臺機組,在水輪機模式時最大容量為1836 MW,水泵模式時為1604 MW。該公司也負責14座人工水庫的運營。目前,韋爾抽水蓄能電站的維護與更新是該公司的主要任務。

圖1 韋爾抽水蓄能電站總體布置

1 電站概況

韋爾抽水蓄能電站位于黑林山南部地區一個同名村莊的上游。電站由位于霍恩貝格附近朗格克山脈頂部的霍恩貝格水庫(上庫)供水,可用水頭約為670m。自1976年投運以來,電站一直在運行。電站裝機容量為 980MW,在廠房洞室中安裝有4臺可逆混流式機組,經過水輪機的水流入韋爾水庫(下庫)。電站總體布置示于圖1。

在運行 30多年之后,壓力鋼管內的抗腐蝕保護需要更新。從霍恩貝格上庫(高程1048 m),經洞室前的鎧裝壓力井和上游輸水管線,向發電機組供水。

壓力井長約1385 m,內徑為5.53m。輸水管線的內徑減小到1.9 m。壓力鋼管埋在地下,因此不能從外部進入。除了上庫入口以及洞室和輸水管線上方以外,沒有通道能夠進入。

帶調壓室的下游輸水管線可以從洞室上方進入。下庫的入口只能用于有限的范圍(下庫保持充滿)。

2006年,成立了一個由 Schluchseewerk公司和Tiroler Wasserkraft公司(TIWAG)代表組成的修復工程隊。

2 工作要求

2.1 涂層產品選擇

修復工程的一個重要因素是選擇擬用的涂層產品,它將對現場安裝、探查、噴砂除銹的質量、時間進度等產生影響。因此,與 TIWAG合作,詳細比較了多種可能的方案,并對各方案的優缺點進行了權衡。技術評估的重要項目包括對不同參考工程中所采用的抗腐蝕系統的性能進行評估。

在進行方案評估之后,認為厚層產品Humidur最適用,因為該產品對水電站工程有著特殊的效果。考慮到施工期(2008年 4月至2009年 3月)和一些最主要的條件,而且根據 Schluchseewerk公司規定的條款,工程的最佳方案是采用 Humidur。

該產品的優點主要是厚層涂敷,修理方法(采用相同的產品進行噴、刷和灌)簡單,甚至可以在底層低溫下應用,具有用于同類工程(尤其是在壓力管線/壓力井中)的良好經驗,不需要采用溶劑等添加劑。此外,另一個重要因素是涂層供貨商可以提供現場援助。通過公開招標,最終將工程的承包合同授予德國 Arge Bauschutz-Bekor公司。

2.2 時間進度安排

為了在電力公司規定的期限內完成抗腐蝕保護的更新工程,至少要將工程劃分為獨立的5期進行施工組織:

(1)2008年 4月,排空壓力鋼管系統;

(2)2008年7～12月,開展系統各部分抗腐蝕作業的施工;

(3)2009年1月底,下游隧洞和輸水管道重新充水;(4)2009年 3月,壓力井充水;(5)2009年 3～4月,進行調試。

2.3 作業組織

在放空上庫后,允許進入上庫。Ⅰ期是處理壓力井,壓力井長1385m,直徑5.53 m,坡度為54%,總表面積約為24000m2。在安裝了空調裝置后,采用小車運輸,先除去Ⅰ期第1段的老涂層,再涂上新涂層。

要在很短的工期內完成作業,對上游輸水管線(Ⅱ期)和機組連接處與Ⅰ期第1段(進水塔/壓力井的垂直鎧裝)進行平行處理。工程各期具體完成的工作量列于表1。

在壓力井內主要作業開始之前,必須首先完成上游輸水管線內表面涂層的更新,工作站面對面布置。

表1 工程各期涂層的表面積

在Ⅲ期,必須完成下游輸水管線和調壓室升井段的處理,總表面積約為 9600m2。

Ⅳ期包括處理進水塔內的圓筒泄水閘門。將閘門提起放在一個平臺上,在進水塔中必須切割出一個1.2 m×1.2m的進口。將圓筒泄水閘門放在正確位置進行處理之前,必須先排水。還要對閘門進行某些機械修理,修理作業由業主實施。經與該公司磋商后,再進行抗腐蝕更新作業。

Ⅴ期包括更新 Lindau旁路的內部涂層,面積約為1500m2。

為了處理電站的幾個較小部件,搭建了一個專用噴砂工作棚,與大型作業平行進行。

2.4 現場設備要求

通常,對于Ⅰ ～Ⅴ期所有的表面處理作業,要求處理后的表面不得含有石棉和多環芳香烴(PAH)。工程必須按照各主要標準和規程進行。基于原有抗腐蝕產品供貨商提供的資料以及對新生產的涂層材料的分析,可以確定老涂層中含有的危險物質。根據查明的危險物質(主要是 PAH和石棉),規定了抗腐蝕工作的要求:必須符合 TRGS519和551。根據先前的經驗并咨詢有關當局,決定用常規的干噴法來清除老涂層。

因為必須考慮有滲漏或山區溪流可能從水庫流下,經咨詢 Schluchseewerk公司,認為必須安裝一套排水系統。

為了方便處理壓力井內表面(Ⅰ期),同時也方便人員交通,需要借助一種小車進行處理,但是必須經有關當局批準。移動該小車的卷揚機可固定在上庫內設置的各個安全點。

2.5 空氣調節

所有表面處理必須進行空氣調節。空調系統的性能必須能使待處理的表面總是保持完全干燥,即使是在不利的室外氣候條件下。而且,按照客戶的技術要求,待處理鋼鎧的表面溫度必須保持在其露點以上至少5℃,相對濕度不能超過 40%,直到第1層涂層作業結束。

出于技術原因,調節的空氣必須由適宜的加熱系統加熱,并配備一個開關箱,對吸進空調的空氣需用發電機組冷卻。

空調和通風系統必須安裝在沒有灰塵的地方,尤其要防止灰塵進入電站。因此,在排放到露天之前,必須對排氣進行過濾。此外,在去除老涂層的過程中,必須使用石棉和 PAH過濾器。

承包商負責永久控制排氣中的石棉和 PAH含量,任何時候都必須保證其數值保持在法定限度以內。如果承包商沒有采取這些防塵措施,工作必須立即停止。

3 處理過程

3.1 用噴砂法除銹

在完成空氣調節和排水等現場準備工作之后,即可開始噴砂除銹。Schluchseewerk公司規定,必須嚴格執行德國標準 DIN EN ISO12944第4部分,清潔到 Sa 3,按照技術報告 DIN Nr.28(也稱為 DIN EN ISO 8502第 3部分)要求至少達到 m2/g2的清潔度。為保證涂層系統在鋼表面的最大粘性,鋼表面的平均粗糙度必須至少達到 60μm。最后階段的噴砂清潔必須用未使用過的噴砂材料。待用的噴砂材料必須通過一個排氣裝置和皮帶運輸機進行無塵運輸,然后,按照客戶的說明書儲存。

最初,逆氣流方向噴砂清潔表面,以去除老涂層(一層黑色表面)。在除銹之后,由一家得到認可的研究機構進行獨立監測,然后對暴露待處理的表面(一層白色表面)用新的噴砂材料進行第2次噴砂清潔,直到清潔度達到 Sa 3(平均粗糙度大于 60μm),并再次除塵。

3.2 噴涂新涂層

在 TIWAG的質量控制人員實行噴砂清潔過程控制和焊縫取樣試驗之后,經允許,方可對這些部件進行涂敷。

按照招標規范,應涂兩層無溶劑雙組合環氧樹脂涂層 Humidur,一層為淺灰色,一層為淺藍色,兩層總的干膜厚度至少有600μm。為延長抗腐蝕系統的使用壽命,考慮到目前底板和鐮刀狀部件區域的腐蝕程度,決定在該區域增加一層黃色 Hum idur。在增加層區域總的干膜厚度必須至少是1000μm。應采用通過對角無空氣噴涂方式進行噴涂。

在涂完第1層(不刷底漆直接涂在鋼表面上)之后,通過火花試驗以測試涂層有無孔隙,并測量涂層的厚度。如有疵點或孔隙,則需再次涂刷,對焊縫用刷子進行處理。處理過的表面在通過了質量控制小組的驗收之后方能噴涂第2層 Humidur,并在底板和鐮刀狀部件上噴涂黃色 Humidur。

該噴涂作業沒有要求最大中間養護時間,噴涂下一層的等候時間僅取決于機械負荷承載能力,即小車能否在涂層上移動。因此,與常規的涂層系統(使用底部涂層,需噴涂幾層,而且中間養護時間較長)相比,可實現更加靈活、中斷較少的工作方式。涂層的平均厚度為1200μm,在底板和鐮刀狀部件處,總厚度為1400μm。

4 質量保證措施

為了在盡可能短的時間內完成該項工程,并縮短電站停機時間,不僅要選用有效的涂層系統,而且靈活的質量控制安排也極為重要。受 Schluchseewerk公司委托,TIWAG的專業人員對該工程進行了監測,從分析老涂層狀況開始,直到對新涂層的最終檢查,以保證最佳質量。

由于工程的重要性,對質量控制系統進行了精心設計。通過各方密切參與和合作,滿足了許多精確的涵蓋該標準的技術規范,包括保證標準的規定,以及具體參數和試驗。

在處理焊縫時,預先用刷子涂上黃色 Humidur。在涂敷過程中,定期采用濕膜厚度計來控制涂層厚度。

5 結 語

基于韋爾抽水蓄能電站更新抗腐蝕保護的理念,這項非常復雜的工程得到了成功實施。在質量要求高、時間極為緊迫的情況下,與基于常規產品和方法的理念相比,所采用的抗腐蝕系統降低了工程風險。由于實施了質量保證措施,達到了施工期短、停機時間短,從而相關經濟損失最少的目的。