論中東北非地區濱海電廠金屬設備防護措施

中國電建集團國際工程有限公司中東北非區域總部 北京 100089

1 概述

中東北非地區是一個海洋資源十分豐富的地區,不僅擁有廣闊的海岸線,這為發展海洋經濟、沿海工業提供了十分廣闊的天地。沿海工業的發展離不開海上及沿海基礎設施的建設,但由于海洋苛刻的腐蝕環境,金屬材料結構及構筑物的腐蝕不可避免,因此研究鋼鐵及非鐵合金在海洋環境中的腐蝕規律及其控制腐蝕的方法,為該地區工程建筑物及設備的設計、選材、開展防護等工作提供依據,對延長金屬材料設施的使用壽命,保證金屬構造物的正常運行和安全使用以及安全運行具有十分重要的意義。

2 腐蝕的防護方法

陰極保護是防止地下金屬結構物腐蝕的最為有效的方法。它是通過向被保護的金屬結構物表面通入足夠的陰極極化電流,使金屬的電位向負的方向移動,使之在電解質中難于失去電子,從而使金屬的電化學腐蝕得到有效抑制。

對于埋地管道等結構物,采用陰極保護和絕緣涂層聯合保護方案。一方面陰極保護可有效抑制涂層缺陷處產生的嚴重局部腐蝕;另一方面涂層又可大大減少陰極保護電流需要量,并使保護電流分布更為均勻,從而使陰極保護變得更為經濟有效。

3 陰極保護的方法

人為地將被保護的金屬結構變成陰極,以防止其腐蝕的方法叫做陰極保護。陰極保護分為犧牲陽極和外加電流陰極保護兩種。

3.1 犧牲陽極的陰極保護 對陰極保護來說,不管保護電流是通過被保護金屬同犧牲陽極相連產生,還是采用外加電源供給,其效果都是一樣的。采用犧牲陽極時,土壤中犧牲陽極大多使用鋅合金或鎂合金材料,并制成成品以供安裝。鋅合金陽極的特點是:密度大,理論發生電量較小,電流效率高,表面溶解均勻,腐蝕產物疏松,容易脫落,在保護鋼結構物時,有一定自調節電流和電位的作用。適于在低電阻率的土壤(ρ＜l0Ω·m)中使用。鎂合金陽極的特點是:密度小,電位相當負,對鋼的驅動電壓大,但電流效率低,一般適用于電阻率較高的土壤或淡水中。對于埋地犧牲陽極,在一般情況下,其周圍必須用專門的回填料將它包起來,以降低陽極的接地電阻并防止陽極表面鈍化。犧牲陽極主要用于儲罐和絕緣良好管線上。在安裝時將陽極埋入地下用絕緣導線與被保護金屬結構連接,當在解質中發生電化學腐蝕時,作為犧牲陽極的金屬由于比較活潑很容易失去電子遭到腐蝕,從而使被保護的金屬結構免遭腐蝕。

3.2 外加電流陰極保護 外加電流陰極保護系統由直流電源、輔助陽極地床和參比電極等組成。電源可以采用手動控制的整流器或自動控制的恒電位儀。恒電位儀可根據環境條件的變化,自動調節輸出電流的大小,使被保護結構物的電位總處在要求的保護范圍內。輔助陽極的作用是將電源提供的直流電經由介質傳送到被保護的結構物上去。可采用深井地床或淺埋地床,深井地床可減小對其它地下結構物的干擾并使陽極電流分布更均勻一些,尤其適合于區域性結構物保護。參比電極的作用是測量被保護結構物的電位,以監測保護狀況并為恒電位儀提供控制信號。

外加電流陰極保護,主要用于保護電流需要量大的儲罐和管線,所需的保護電流一般由整流電源提供。在采用外加電源陰極保護情況下,外加電源陽極代替被保護金屬結構承受了腐蝕。外加源陽極盡可能埋設在電阻率較的土壤里,外加電源用來產生陽極與被保護金屬結構的電位差。陽極一般使用廢鋼、硅鐵、石墨等,在經濟上合理時也可采用貴金屬陽極。

4 陰極保護在電廠中的應用

目前,國外廣泛地采用陰極保護作為金屬腐蝕防護的方法,中東北非地區的大型發電廠和濱海電廠的設計中已開始用了陰極保護技術,用于地下管道、各類儲罐、循環水系統以及接地網的防腐。

4.1 海灣地區某燃機電廠陰極保護系統介紹 海灣地區某900MW級燃機工程為900MW等級“二拖一”燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯產機組,其地下金屬結構采用犧牲陽極的陰極保護系統。被保護結構范圍建議如下:a.排水管b.消防網絡c.循環水管d.消防水箱e.凝結水箱f.服務和飲用水箱g.化學和除鹽水箱h.各種管道,以上所列結構均采用犧牲鎂陽極保護,犧牲陽極的壽命25年設計。

4.2 接地網和基礎鋼樁的陰極保護 濱海電廠一般地下水為孔隙水,與海水連通,水位受潮汐影響而變化,這種水對混凝土中鋼筋具有強腐蝕性,對鋼材也有中等腐蝕性,尤其是副食介質體系的不均勻性,必然會引起地下鋼質結構產生嚴重腐蝕。

接地網及基礎鋼樁陰極保護方法的選擇,通常有3種形式供選擇:(1)單獨犧牲陽極保護,(2)單獨外加電流保護,(3)犧牲陽極和外加電流聯合保護。金屬網絡高度密集的廠區,地下接地網、鋼樁、輸水管道、預應力水泥管道等繁多的金屬構件均交織在一起,很難采用絕緣措施徹底地將保護對象與非保護對象嚴格分開,有的還不允許分開,這樣必然會存在陰極保護電流嚴重旁流現象。以犧牲陽極為主,在避開金屬網絡密集區段,在陰極保護電流嚴重旁流的區域設置輔助陽極進行外加電流保護,就能基本滿足對全廠接地網及基礎鋼樁陰極保護的要求。

4.3 工程中設計陰極保護的基本步驟 陰極保護的要求可以按照如下規范進行設計:

a.SY/T0019-97《埋地鋼質管道犧牲陽極陰極保護設計規范》b.SYJ7-84《鋼質管道及儲罐防腐蝕工程設計規范》c.SYJ23-86《埋地鋼質管道陰極保護參數測試方法》d.SYJ29-87《埋地鋼質檢查片腐蝕速度測試方法》

設計的一般步驟為:

1)收集電廠的土質資料,并對其土樣進行分析評價土壤的腐蝕程度。2)確定陰極保護型式,是采用犧牲陽極法還是外加電流法。3)計算被保護面積,在計算時應考慮一定的余量。4)確定保護電流密度。5)計算保護電流量。6)選用陽極型號并合理布置陽極。7)進行陽極壽命驗算。8)根據需要設置測試樁。

需要說明是,對于陽極壽命建議選用25年為宜。由于地下金屬構件的自然腐蝕年限一般為5年,加上陰極保護的年限使金屬構件的壽命可達30年,這與電廠的設計壽命是一致的。

陰極保護防腐效果很好,而且簡單易行,在經濟發展的許多領域中都帶來了很大的經濟效益。隨著人們對陰極保護技術認識的深入,其作為金屬結構防腐措施,將會在型發電廠中得到廣泛的應用。