电厂海水循环水系统外加电流阴极保护

第18卷第4期全面腐蚀控制Vol.18 No.42004年8月TOTAL CORROSION CONTROLAug.2004电厂海水循环水系统外加电流阴极保护曲政庞其伟孟超(钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所，青岛266071)摘要:根据外加电流阴极保护技术在某电厂海水循环水系统中的应用情况，结合理论及实践经验，提出了海水循环水系统外加电流阴极保护设计及施工中应注意的一些问题，希望能使该技术更多地被应用于生产实践。关键词:电厂海水循环水系统外加电流阴极保护Impressed Current Cathodic Protection Used in Seawater CirculatingSystem of Power PlantQu Zheng Pang Qiwei Meng Chao( Qingdao Research Institute for Marine Corrosion,CISRL,Qingdao.266071)Abstract; according to the applications of impressed current cathodic protection(ICCP) system used in seawater circulatingsystem of power plant, combining the theory and practice experience, the author put forward and discussed some questions aboutdesign and construction, and hope this technology can be used in practice more and more .Keywords: power plant;seawater circulating system; impressed current; cathodic protection1前言比电极作为系统控制和检测电极。阴极保护技术包括牺牲阳极和外加电流两种方2.1主厂房内循环及开式循环水管道系统组成法，两种方法各有优缺点，对于电厂海水循环水系厂房内循环水系统包括中1820 x 16钢管32m,统，具体选择哪- -种方法，往往要根据所需保护电流材质为Q235A; 4个90° φ 1820弯头; DN1800蝶阀及的大小，可否获得方便的输入电源，是否会引发危险伸缩器4个; DN1800二次滤网2个，材质为316L;性以及设备结构空间大小等因素决定。-般对小口径DNI800收球网2个，壳体为碳钢衬胶，其它材质主管道,海水流速及介质组成变化较大，需提供较大保要是317LN不锈钢; DN1800 波纹补偿器4个，主要护电流情况，较适宜采用外加电流阴极保护。近年材质为不锈钢;凝汽器水室衬胶,冷凝管为钛管,管来,电厂机务部分海水循环水系统越来越多地采用外板为钛钢复合板。加电流阴极保护。机务部分循环水系统通常由管道开式水系统包括φ 820x 7钢管66米，材质为(直管、弯头及大小头等)、设备(如凝汽器、换热器、Q235A;电动滤水器2台，整体材质为316L不锈钢;滤网、蝶阀等)组成，具有复杂的结构、多种材质连φ 630x 7钢管7米，材质为Q235A; φ 529 x 7钢接，这些都使管道及设备系统阴极保护变得复杂，要管6米,材质为10CrMoAl,闭式循环热交换器2个,对系统进行全面地保护,必须进行科学合理的设计和材质为钛。φ 377 x 6钢管75米,材质为10CrMoAl;电动蝶阀9个; 90'DN800热压弯头6个，DN600 热良好的防腐施工。2海水管道系统外加电流阴极保护应用压弯头4个，DN500热压弯头2个; DN800 x 500大小头2个, DN600 x 500大小头8个, φ DN500 x 350滨海某电厂, 300MW发电机组,循环水为天然大小头4个，φ 325 x 6钢管45米; φ 219x 6钢管海水,其主厂房内循环及开式循环水钢质管道系统全48米。各种阀门8个;电动滤水器1台:冷油器2台;部采用外加电流阴极保护,保护系统由辅助阳极、参另有比电极、恒电位仪、阳极屏及连接电缆等附件组成。中国煤化工:该阴极保护系统选用了铂铌和混合金属氧化物MHCNMH道系统由各种口径(MMO)两类辅助阳极，以Ag/AgCl和高纯锌复合参的管道，包括弯头、大小头等，同时管道又与多个设-14-全面腐蚀控制曲政等电厂海水循环水系统外加电流阴极保护2004年第18卷第4期备相连，系统中所用到的材质有Q235A.镍铬合金、HFCF-1-1型参比电极，分别布置在进水管路的蝶阀10CrMoAl、316L及317LN不锈钢、钛等，根据以下后和管道与凝汽器连接部分,回水管路的蝶阀前和管原则进行了外加电流阴极保护系统的设计:道与凝汽器连接部分。为了保证阴极汇流线和测量线(1)考虑全局,重点保护,如在考虑管道达到保护的连接，设置了5个汇流基座。的前提下，重点考虑管道与设备相连部分，因为设备(2)闭式循环热交换器部分与管道材质的差异，易引发严重的电偶腐蚀问题;设计选用了36支HFLF-1型MMO辅助阳极,能(2)应充分考虑海水流速、水温等对腐蚀速率的够保证系统中的每一部分均能得到保护。为控制和检影响;测，设计安装4支HFCF-1-2型复合参比电极，分别(3)应保证钛材不因过保护而吸氢，在电位布置在闭式循环热交换器进、出口管道上各一支,滤<- 0.75V(SCE)时，钛材可能吸氢，引起氢脆腐蚀;水器进水口管道- -支及φ820直管段上一支。系统中(4)辅助阳极数量及设置应充分考虑到系统的设置了5个汇流基座。整体性,并尽可能避免电流屏蔽,同时要求可检测所(3)冷却油器部分有辅助阳极的工作状态，以便于检修;设计安装51支HFLF-2型MMO辅助阳极，均匀(5)参比电极设置在有代表性的位置,以保证外布置保证系统保护各部分的平衡。选用5支HFCF-1-加电流保护系统运行的可靠性。2型复合参比电极对系统进行控制及对保护效果进行根据以上原则以及所保护对象的具体情况，H检测，设置9个汇流基座。定将整个管道系统分为三个部分,采用三套各自独立以上三个系统的电源及控制检测仪器均为SF200的外加电流阴极保护系统。这三个部分为凝汽器部型恒电位仪(24V/40A)。分，闭式循环热交换器部分及冷油器部分。2.3保护效果检测各部分的设计结果如下:在整个循环水系统通水后，检查系统连线，确认(1)凝汽器部分无误后,按所确定的电流分别对三个系统进行初始极设计安装40支HFF-4型铂铌辅助阳极，4支化，表1~3列出了系统运行8天后的检测结果。表1A系统电位检测结果编号及结果.2输出电压输出 电流电极种类(mV)(V)(A)Ag / AgCl-705-408-611-9214.719. 0高纯锌387596415130表2B系统电位检测结果编号及结果-947-572-692-11284.014.213437229278表3C系统电位检测结果3A)Ag/ AgCl-769-792-933-8194.432.0215266129244从以上结果可以看出，系统运行基本达到了预1030mV左右，考虑到实际使用的环境条件，可以说期的效果，可为今后类似的设计提供参考。同时,从复合中国煤化工.另外,系统中多所测结果可以看出如下问题:个参比HCNMH(式与每个参比电(1)从前面的测试数据可以看出，Ag/AgCl和高极就近毗单独的则重残，所侧电仪结果稍有差异,但纯锌参比电极的差值基本在000mV左右,大部分在对于工程应用来讲,这种连接方式已能满足需要,且-15-全面腐蚀控制曲政等电厂海水循环水系统外加电流阴极保护2004年第18卷第4期可避免线路太多带来的不便。(3)根据系统中的不同情况，设置多个参比电极(2)三系统测试结果均可看出,直管段或者说单是非常必要的,它可以为我们提供各种情况下的保护纯管道部分的外加电流保护相对容易,所测结果也可电位值,以便对系统进行调整,以得到最理想的保护以达到常规的要求,但当管道与其它设备相连时,而效果。如果只设几个参比电极,则我们无法知道系统设备材质与管道不同时,保护效果并不是很理想。这的真实保护情况。是因为当碳钢与不锈钢或钛材相连时,其所需保护电根据前面的运行结果，我们对系统进行了部分流要比单纯碳钢大得多。如A2. 3号参比所测结果均调整,运行- -年半后，对整个系统进行了检测,结果较正，这两个参比所处位置正是管道与钛管凝汽器、见表4~6。二次滤网(材质316L)等设备的相连部位。表4A系统电位检测结果. 编号及结果2输出电压.输出电流电极种类(mV)(V)_(A)Ag / AgC1-786- 408- 61-9214.719.0表5B系统电位检测结果.编号及结果输出电压Ag L AgC- 947.572- 692-11284.014.2表6C系统电位检测结果编号及结果4(V)Ag / AgCl-792. 933-81932.03外加电流阴极保护设计应注意的问题外加电流阴极保护系统有两种基本的控制方式,随着人们对腐蚀问题的重视，采用外加电流阴即恒电位控制和恒电流控制，对于结构简单的单纯极保护技术对海水管道系统进行保护的应用越来越管道,我们可以进行恒电位控制，因为在这样的情况多，已取得了不少成功的应用经验,但还有不少问题下，外加电流保护系统的保护电位均衡性易于实现，有待研究,以便进-步完善钢质海水管道系统的外加辅助阳极及参比电极定位相对容易，但对一个复杂电流保护技术。的体系,定位就相当困难了,由前面的应用实例可以外加电流阴极保护系统由控制电源、辅助阳极、看出,无论是采用哪种参比电极,不同位置的检测电参比电极、阳极屏及相应的电缆等组成。对于电厂海位值都相差很大，到底哪个参比电极可以作为系统水循环水系统,由于各种管道及设备较多,且管道与.恒电位的控制电极呢?这种情况下,我们认为可以根设备材质- -般不同 ,这都给外加电流阴极保护设计带据各部分的极化情况,以极化不足位置的参比电极作来了一定的困难。为恒电位控制电极，同时根据其它参比电极的数值，辅助阳极是外加电流阴极保护的重要部件，目对控制电位进行调整,以保证系统保护的整体性,实前在海水循环水系统中常用的有铂铌阳极和混合金属现这种控制的一个重要前提是保证系统中各部分的辅氧化物阳极，具体选用何种辅助阳极,可根据情况加助阳极布置合理,否则将出现顾此失彼的现象。另外以考虑。参比电极是用于系统检测和控制的，它可以在实际的工程应用中,经常有各种原因导致参比电极告诉我们系统保护的情况，并可以提供数据给恒电位失效的现象,因此在复杂的管路系统中,外加电流阴仪,以实现系统的自动控制。目前常用的参比电极有极保中国煤化工固体粉压式或网状Ag / AgCI参比、高纯锌参比以及MHCNMH(电流阴极保护，由兼有两者的复合参比等,复合参比由于同时具有两者于系统下安师且的H仪奴里牧多,考虑到施工的的性能，近年来应用较多。方便，对于辅助阳极连线，有人设计采用一根或几-16-全面腐蚀控制曲政等电厂海水循环水系统外加电流阴极保护2004年第18卷第4期根阳极主电缆将所有阳极连接起来,这种连接方式对护材料及设备,这些是阴极保护成功的前提,但最终于保护没太大影响，但对于检修，就带来很大的问的实现则通过施工来完成。外加电流阴极保护施工应题,因为无法在不停机状态确定阳极的工作情况。较注意以下问题:好的阳极连线建议采用每根阳极都为独立的电缆,在(1)施工前对所有电极进行检查,主要是外观检适当位置设置分线箱,分线箱内可以多个阳极再与主查,表面不得沾有油污等其它杂物，电极体表面是否电缆连接,这样可以通过分线箱很方便地对每支阳极破损等;另外对连接及绝缘电阻进行检查,以保证连的工作情况进行检测。接或绝缘良好。在外加电流阴极保护设计时，对于管道与设备的(2)施工时严格按照设计图进行施工，辅助阳极连接部位应重点考虑，特别是管道与二次滤网、收球及参比电极均要求连接良好,且对相应的电缆均要做网、凝汽器相连的部位,从实际情况来看,这些部位也好标记，以备将来检修使用。是腐蚀最严重的部位,应该重点保护。在阴极保护设计(3)在有条件的情况下，所有阳极周围均应做阳时，对于该部分，建议采用独立的恒电位仪进行控制，极屏,以使电流分布尽可能均匀。在管道内壁有涂层使之成为一个单独的系统,同时在特征的连接部位设置保护的情况下，可以防腐涂层为阳极屏,对于无涂层参比电极进行检测，以避免过保护可能引起的危害。保护的情况，阳极周围应做阳极屏,阳极屏材料可选外加电流阴极保护- -般与防腐涂层联合使用,对用重防腐涂料、环氧树脂等材料。于较小的管道无法涂刷防腐涂层,设计时根据海水流(4)阴极保护安装完成后，系统在通电之前应仔速及裸钢，选取合适的保护电流密度;同时，由于在细检查，检查连线是否正确,看是否有短路现象，以小管道中辅助阳极的电流传输距离较短,在小管道保确保- - -次性调试成功。护设计时,应根据管道大小并考虑到管道走向等,合(5)阴极保护系统运行后，应根据各参比电极的理计算辅助阳极的数量，并在管道系统中合理布置。反馈数值,对系统进行调整,以使整个系统达到最佳我们知道,管道中海水的流速不同，其对金属材保护状态。料的腐蚀速率也不同。对-般碳钢来说,流速高,腐阴极保护施工中应注意的问题还有不少，在此蚀较重,而流速小,则腐蚀较轻。这是因为碳钢在海不一- -罗列。总之，只有严格按照设计，科学施工，水中的腐蚀速度受溶解氧的扩散速度控制，流速越才能保证外加电流阴极保护系统有效地进行工作。大，扩散层厚度越小，氧的极限扩散电流密度就越5结论大，相应地腐蚀速度也越大。在实际中常选10CrMoAI钢作为小管道材料,这种材料的腐蚀速度根据外加电流阴极保护技术在某电厂海水循环随流速开始是缓慢增加,然后增长越来越快。而对于水系统中的应用情况，可以看出,该技术对于海水循1Crl8Ni9Ti 和TC4,在高流速情况下,氧的供应快速环水系统的腐蚀防护是相当有效的,是- -项值得推广而充分，有利于表面膜的成长与修复,使材料处于钝的、经济有效的防腐蚀技术,同时我们也应认识到只化状态,故流速变化对腐蚀速度影响不大,且这种情有在全面了解情况的前提下,对系统进行科学合理的况下还不易发生点蚀。在阴极保护情况下,海水流速设计及施工，才能达到预期的保护效果。不同,所需保护电流密度也不同,这是由于流速影响参考文献了金属材料的电极电位,要维持最小保护电位所需外[1)朱相荣等，金属材料的海洋腐蚀与防护，北京:国防工业出版社，1999加电流值将随流速增大而增加。通常海水流速增加，[2]周本省，工业冷却水系统中金属的腐蚀与防护，北京:化学工金属材料的腐蚀电位向正方向移动,而在异金属接触业出版社，1993 .腐蚀情况下，海水流速增加，可使偶对中阳极材料的[3]胡士信等，阴极保护保护工程手册，北京:化学工业出版社，1999腐蚀加剧。所有这些,我们在进行海水管道系统外加[4]曲政。庐其伟等.淀海电厂循环冷却水系统的腐蚀与防护，管电流阴极保护设计时都必须加以考虑。中国煤化工4外加电流阴极保护施工应注意的问题YHCNMHG科学合理的阴极保护设计，质量合格的阴极保-17-