電廠循環(huán)水碎屑過濾器現(xiàn)行陰極保護系統(tǒng)的評估

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

電廠循環(huán)水碎屑過濾器現(xiàn)行陰極保護系統(tǒng)的評估

王文奮 孫永亮 劉曉軍

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

通過對某電廠過濾器的運行環(huán)境、犧牲陽極種類、陽極的設(shè)計計算、陽極的安裝、運行現(xiàn)狀分析，確認其循環(huán)水系統(tǒng)碎屑過濾器現(xiàn)有陰極保護系統(tǒng)大體滿足防腐蝕的要求。為更好地運行，建議其更換犧牲陽極種類并對不溶解的陽極進行成分分析及電化學(xué)性能測試，對采購的陽極進行抽樣檢測，對每只安裝的新陽極測量電連接。

過濾器 犧牲陽極 鋁合金 陰極保護

0 引言

國內(nèi)某電廠循環(huán)水系統(tǒng)裝有不銹鋼碎屑過濾器，過濾器帶有連續(xù)監(jiān)測濾網(wǎng)雜物積集程度的壓差測量裝置，當濾網(wǎng)前后的壓差達到預(yù)定值時，通過反沖洗裝置對濾網(wǎng)進行反沖洗，將積聚在濾網(wǎng)上的雜物沖掉。其作為凝汽器水室的入口海水的二次過濾系統(tǒng)，防止碎屑對凝汽器造成損害。在運行早期，為解決過濾器的點蝕和縫隙腐蝕問題，在過濾器的肋板上加裝鋁合金犧牲陽極，初始運行效果較好。但在近幾輪設(shè)備檢修過程中發(fā)現(xiàn)一些問題，同時作為早期的犧牲陽極陰極保護設(shè)計，對其設(shè)計合理性和適用性進行評估很有必要。本文對過濾器的犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)進行全面分析，最終給出評估結(jié)果。

1 環(huán)境及犧牲陽極種類的分析

碎屑過濾器采用的是奧氏體不銹鋼，介質(zhì)為海水，水溫23～33.3℃，電阻率25Ω·cm ，pH值8.0～8.3，含沙量0.06～0.2 kg/m3，Cl-含量約17000 ppm。過濾器原始安裝Al-Zn-In-Cd鋁合金犧牲陽極。陽極開路電位為-1.18～-1.10V(SCE)，工作電位為-1.12～-1.05V(SCE)，電流效率大于85%。同時鋁合金犧牲陽極的密度低，可以減輕過濾器構(gòu)件的載荷。

選用Al-Zn-In-Cd陽極滿足GB/T 4948-2002和現(xiàn)場環(huán)境的要求，但可考慮換成性能更佳的Al-Zn-In-Sn-Mg合金，其極化率小，輸出電流穩(wěn)定，表面溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物疏松，容易脫落，同時在海水中，表面很少粘附海生物。

2 犧牲陽極的設(shè)計計算

過濾器直徑為1900mm，長度2505mm，每臺過濾器不銹鋼面積27.5m2，與過濾器相連接的管道為碳鋼材質(zhì)，內(nèi)襯硬橡膠，陽極采用的是A H-11型，規(guī)格為300mm×150mm×50mm。

2.1最小保護電流密度

選取Ii為200mA/m2，過濾器所需要的總保護電流強度

I= Ii×Si=5500mA

式中：I—總保護電流強度，mA；

Ii—不銹鋼過濾器在海水中的保護電流密度，mA/m2；

Si—過濾器需被保護的面積，m2。

2.2陽極接水電阻

陽極接水電阻根據(jù)陽極安裝方式不同進行計算，原始采用的是平貼陽極

式中：R—陽極接水電阻，Ω；

ρ—海水電阻率，Ω·cm；

L—陽極長度，cm；

B——陽極寬度，cm；

H——陽極厚度，cm。

2.3單只陽極的輸出電流

If=ΔE/R≈0.55A

式中：If—單支陽極發(fā)生的輸出電流，A；

ΔE—陽極驅(qū)動電位，Al-Zn-In-Cd型鋁合金陽極取ΔE=0.25V；

R—陽極接水電阻，Ω。

2.4犧牲陽極數(shù)量計算

N=I/If=10，原始安裝有Al-Zn-In-Cd型鋁合金陽極12只，數(shù)量滿足要求。

式中：N—陽極數(shù)量；

I—保護電流，A；

If—每塊陽極發(fā)生電流量，A。

2.5陽極工作壽命核算

陽極工作壽命應(yīng)能達到設(shè)備檢修間隔時間的整數(shù)倍：

電廠每1.5a對過濾器進行檢修并檢查犧牲陽極的消耗情況，陽極工作壽命滿足現(xiàn)場的檢修時間要求。

式中：t—陽極工作壽命，a；

G—每塊陽極凈質(zhì)量，kg；

Q—陽極實際電容量，A·h/kg；鋁合金陽極取Q≥2400 A·h/kg，

1/K—陽極利用系數(shù)，取值0.85；

Im—每塊陽極平均輸出電流，A，Im=(0.6～0.8)If。

3 犧牲陽極的安裝

過濾器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含扇形濾網(wǎng)、差壓測量裝置、反沖洗驅(qū)動裝置等部件，見圖1。現(xiàn)有設(shè)計在濾網(wǎng)以上平面，間隔一塊肋板進行安裝陽極，肋板東西側(cè)各安裝一只，總計12只，見圖2。通過兩只M12不銹鋼螺栓進行固定，螺栓穿過部位加裝墊圈，螺紋涂裝LOCTITE 243緊固膠。螺孔、螺栓及周圍部位抹有密封膠及涂裝BELZONA 1321涂料。

陽極采用平貼的方式均勻的分布在濾網(wǎng)以上的平面，能較好的消除電流屏蔽區(qū)。同時被過濾的海水從過濾器A側(cè)進入，B側(cè)離開，陽極的最小截面順著水流的方向，大大降低水流的沖擊，牢牢固定在肋板上，避免陽極脫落沖擊上游凝汽器鈦管板及水室襯膠。陽極周圍抹有密封膠及涂裝BELZONA 1321涂料，能有效地減輕縫隙腐蝕的情況。建議螺紋涂裝LOCTITE 262或者等級更高的緊固膠，強度較243高，且能在極端的環(huán)境條件下有優(yōu)良的防修及耐腐蝕性能。

圖1 過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 過濾器陽極安裝布置圖

4 陰極保護運行狀況

在循環(huán)水系統(tǒng)停運期間，對過濾器檢查，發(fā)現(xiàn)過濾器的肋板、濾網(wǎng)等部件及其焊縫位置情況良好，表面未發(fā)現(xiàn)腐蝕缺陷。陽極表面溶解均勻，產(chǎn)物容易脫落，見圖3-a。測量犧牲陽極與過濾器內(nèi)的不銹鋼構(gòu)件的電阻為0.1～0.3Ω，表明陽極與過濾器之間具有良好的導(dǎo)電性，犧牲陽極保護總體效果較好。

據(jù)內(nèi)部經(jīng)驗反饋，個別輪次的檢修中發(fā)現(xiàn)有1～2只陽極不溶解或者只是局部溶解，見圖3-b。建議對不溶解的陽極進行成分分析及電化學(xué)性能測試，對新采購的陽極進行抽樣檢測，確保陽極符合標準。每次安裝完陽極后，必須測量陽極與過濾器構(gòu)件之間的電阻，確保兩者之間是電導(dǎo)通的。

5 結(jié)論

(1) 建議將Al-Zn-In-Cd鋁合金犧牲陽極更換成性能更佳的Al-Zn-In-Sn-Mg合金。

(2) 通過犧牲陽極陰極保護設(shè)計計算及陽極的安裝評估，現(xiàn)行犧牲陽極保護系統(tǒng)滿足過濾器的防腐蝕要求。

(3) 建議對不溶解的陽極進行成分分析及電化學(xué)性能測試，對新采購的陽極進行抽樣檢測。陽極安裝完成后，必須測量陽極與過濾器構(gòu)件之間的電阻，確保電連接。

圖3-a 溶解均勻的Al-Zn-In-Cd陽極

圖3-b 不溶解的Al-Zn-In-Cd陽極

[1] GB/T 4948-2002, 鋁-鋅-銦系合金犧牲陽極[S].

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Assessment of Current Cathodic Protection System of a Circulating Water Debris Filter in the Power Plant

WANG Wen-fen, SUN Yong-liang, LIU Xiao-jun
(Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004, China)

Operating environment, type, design, installation,operation status of sacrificial anode were applied to analysis the effect of current cathodic protection system of a circulating water debris filter in the power plant,result shows that the system generally meet the requirements of anti-corrosion. In order to better operation, improvement measures, such as replacing the sacrificial anode and analysising the components and testing electrochemical performance of the insoluble anode, Sampling for testing and measuring the anode electrical connection were proposed.

filters; sacrificial anode; aluminum; cathodic protection

TG174

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.08.082.03

王文奮 (1987-) ，男，廣東湛江人，工程師，本科，主要從事電廠腐蝕與控制方面的研究。