燃?xì)怆姀S循環(huán)水管道內(nèi)壁陰極保護(hù)及防腐施工案例

李 航

（京能集團(tuán)北京京西燃?xì)鉄犭娪邢薰荆本?100041）

0 引言

某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組，循環(huán)水系統(tǒng)主要由2套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組配12格機(jī)力通風(fēng)冷卻塔、4臺(tái)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(jī)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(guò)循環(huán)水管道送至主廠房凝汽器和汽機(jī)、燃機(jī)的輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)，水?dāng)y帶熱量后通過(guò)循環(huán)水回水管道送入冷卻塔冷卻，進(jìn)入下一次循環(huán)。

在投產(chǎn)第8年機(jī)組檢修期間，對(duì)循環(huán)水主管道內(nèi)壁進(jìn)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(diǎn)腐蝕，防腐層脫落等情況。 最終對(duì)管道內(nèi)壁全面進(jìn)行了除銹，重做防腐，并且進(jìn)行陰極保護(hù)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(jī)組循環(huán)水供水干管規(guī)格為DN2600，“一拖一”機(jī)組循環(huán)水供水干管規(guī)格為DN1800，每臺(tái)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(jī)力通風(fēng)冷卻塔之間的管段部分。“二拖一”機(jī)組循環(huán)水回水干管規(guī)格為DN2600，“一拖一”機(jī)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(jìn)入冷卻塔區(qū)域后分別接至機(jī)力通風(fēng)冷卻塔，每格機(jī)力通風(fēng)塔進(jìn)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的光潔度便進(jìn)行涂刷；涂裝前管道內(nèi)壁未完全干燥便進(jìn)行涂裝，以上情況均會(huì)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(qiáng)，會(huì)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(diǎn)腐蝕后，其防腐層脫落速度以及管壁腐蝕面積的擴(kuò)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(kāi)挖換管條件，但主管道管徑均大于DN700，具備人員進(jìn)入管道內(nèi)作業(yè)的條件。因此采用人員進(jìn)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(dá)到5500平米，按照每平米需要8千克石英砂計(jì)算，共需要約44噸石英砂，其搬運(yùn)、清理都需要大量的人力；

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

因素3：管道內(nèi)壁陰極保護(hù)施工需動(dòng)火作業(yè)，在與噴砂交叉作業(yè)時(shí)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(guò)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(diǎn)，普遍用于鋼閘板、儲(chǔ)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(xiàng)目，但施工技術(shù)人員以及電廠工程師經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察后認(rèn)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(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行除銹。

2.3 陰極保護(hù)方案

2.3.1 陰極保護(hù)方式選擇

陰極保護(hù)的方式有兩種[1]，一種是犧牲陽(yáng)極（ACP）一種是外加電流（ICP），但采用外加電流法需對(duì)管道進(jìn)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(zhǎng)期對(duì)電流、電壓等進(jìn)行巡查監(jiān)護(hù)，增加人力消耗，因此本次工程采用犧牲陽(yáng)極（ACP）進(jìn)行施工。

2.3.2 方案設(shè)計(jì)

（1）陽(yáng)極塊選擇以及用量計(jì)算

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T16166-2013 4.1節(jié)選擇陽(yáng)極材料，如表1所示。

表1

經(jīng)測(cè)量循環(huán)水電阻率大于200Ω?cm，宜采用陽(yáng)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(yáng)極；

（2）陽(yáng)極塊用量計(jì)算

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

式（1）中：

Y為陽(yáng)極塊使用壽命，單位：年；

Q為陽(yáng)極實(shí)際電容量數(shù)值，單位：安培小時(shí)每千克（A·h/kg）；

G為每支陽(yáng)極質(zhì)量的數(shù)值，單位：千克（kg）；

1/K為陽(yáng)極利用系數(shù)，取值：0.85；

Im為每支陽(yáng)極平均發(fā)生電流數(shù)值，單位：安培（A），此值按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T16166-2013附件A3.5公式（2）進(jìn)行計(jì)算如下：

式（2）中If為管道保護(hù)所需的理論電流值。

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

表2

2.3.3 工藝介紹

陽(yáng)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(biāo)準(zhǔn)GB/T16166-2013 6.3節(jié)所要求一致；高壓水槍所用高壓泵型號(hào)為200TJ3，整臺(tái)高壓泵置于集裝箱內(nèi)，便于移動(dòng)和安裝，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，確定水槍壓力調(diào)節(jié)至180MPa時(shí)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(jìn)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(hù)以及管道防腐工作需同時(shí)進(jìn)行，綜合考慮電廠循環(huán)水管道布置特點(diǎn)以及施工工藝差別進(jìn)行工期安排，如進(jìn)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(yáng)極塊地腳防護(hù)

圖7 防腐層完好

圖8 陽(yáng)極塊表面電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物

圖9 測(cè)量保護(hù)電位

圖10 硫酸銅參比電極測(cè)量值

3.2 效果檢查

各項(xiàng)施工驗(yàn)收合格后，系統(tǒng)投入使用。在運(yùn)行1年后，管道放水并打開(kāi)人孔進(jìn)行檢查。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T16166-2013 7.1.3節(jié)參比電極保護(hù)電位標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4

管道材質(zhì)Q235，采用硫酸銅參比電極進(jìn)行保護(hù)電位測(cè)量，實(shí)測(cè)值0.997V（萬(wàn)用表反接），符合標(biāo)準(zhǔn)要求，陽(yáng)極塊對(duì)金屬管道內(nèi)壁產(chǎn)生了電化學(xué)保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本次施工對(duì)循環(huán)水管道陰極保護(hù)的陽(yáng)極塊用量計(jì)算提供了一定參考，并在施工后一年對(duì)陰極保護(hù)效果進(jìn)行了復(fù)查，證明了陰極保護(hù)對(duì)中水介質(zhì)的循環(huán)水管道具備保護(hù)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(shí)。

此類施工全程為有限空間內(nèi)作業(yè)，并且同時(shí)存在動(dòng)火作業(yè)以及高壓水沖洗作業(yè)，對(duì)安全措施要求較高，施工過(guò)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(fēng)，每50m內(nèi)管道必存在1處機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，為其他類似施工項(xiàng)目提供安全方案的參考。