电厂循环水碎屑过滤器现行阴极保护系统的评估

(苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

电厂循环水碎屑过滤器现行阴极保护系统的评估

王文奋 孙永亮 刘晓军

(苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

通过对某电厂过滤器的运行环境、牺牲阳极种类、阳极的设计计算、阳极的安装、运行现状分析，确认其循环水系统碎屑过滤器现有阴极保护系统大体满足防腐蚀的要求。为更好地运行，建议其更换牺牲阳极种类并对不溶解的阳极进行成分分析及电化学性能测试，对采购的阳极进行抽样检测，对每只安装的新阳极测量电连接。

过滤器 牺牲阳极 铝合金 阴极保护

0 引言

国内某电厂循环水系统装有不锈钢碎屑过滤器，过滤器带有连续监测滤网杂物积集程度的压差测量装置，当滤网前后的压差达到预定值时，通过反冲洗装置对滤网进行反冲洗，将积聚在滤网上的杂物冲掉。其作为凝汽器水室的入口海水的二次过滤系统，防止碎屑对凝汽器造成损害。在运行早期，为解决过滤器的点蚀和缝隙腐蚀问题，在过滤器的肋板上加装铝合金牺牲阳极，初始运行效果较好。但在近几轮设备检修过程中发现一些问题，同时作为早期的牺牲阳极阴极保护设计，对其设计合理性和适用性进行评估很有必要。本文对过滤器的牺牲阳极阴极保护系统进行全面分析，最终给出评估结果。

1 环境及牺牲阳极种类的分析

碎屑过滤器采用的是奥氏体不锈钢，介质为海水，水温23～33.3℃，电阻率25Ω·cm ，pH值8.0～8.3，含沙量0.06～0.2 kg/m3，Cl-含量约17000 ppm。过滤器原始安装Al-Zn-In-Cd铝合金牺牲阳极。阳极开路电位为-1.18～-1.10V(SCE)，工作电位为-1.12～-1.05V(SCE)，电流效率大于85%。同时铝合金牺牲阳极的密度低，可以减轻过滤器构件的载荷。

选用Al-Zn-In-Cd阳极满足GB/T 4948-2002和现场环境的要求，但可考虑换成性能更佳的Al-Zn-In-Sn-Mg合金，其极化率小，输出电流稳定，表面溶解均匀，腐蚀产物疏松，容易脱落，同时在海水中，表面很少粘附海生物。

2 牺牲阳极的设计计算

过滤器直径为1900mm，长度2505mm，每台过滤器不锈钢面积27.5m2，与过滤器相连接的管道为碳钢材质，内衬硬橡胶，阳极采用的是A H-11型，规格为300mm×150mm×50mm。

2.1最小保护电流密度

选取Ii为200mA/m2，过滤器所需要的总保护电流强度

I= Ii×Si=5500mA

式中：I—总保护电流强度，mA；

Ii—不锈钢过滤器在海水中的保护电流密度，mA/m2；

Si—过滤器需被保护的面积，m2。

2.2阳极接水电阻

阳极接水电阻根据阳极安装方式不同进行计算，原始采用的是平贴阳极

式中：R—阳极接水电阻，Ω；

ρ—海水电阻率，Ω·cm；

L—阳极长度，cm；

B——阳极宽度，cm；

H——阳极厚度，cm。

2.3单只阳极的输出电流

If=ΔE/R≈0.55A

式中：If—单支阳极发生的输出电流，A；

ΔE—阳极驱动电位，Al-Zn-In-Cd型铝合金阳极取ΔE=0.25V；

R—阳极接水电阻，Ω。

2.4牺牲阳极数量计算

N=I/If=10，原始安装有Al-Zn-In-Cd型铝合金阳极12只，数量满足要求。

式中：N—阳极数量；

I—保护电流，A；

If—每块阳极发生电流量，A。

2.5阳极工作寿命核算

阳极工作寿命应能达到设备检修间隔时间的整数倍：

电厂每1.5a对过滤器进行检修并检查牺牲阳极的消耗情况，阳极工作寿命满足现场的检修时间要求。

式中：t—阳极工作寿命，a；

G—每块阳极净质量，kg；

Q—阳极实际电容量，A·h/kg；铝合金阳极取Q≥2400 A·h/kg，

1/K—阳极利用系数，取值0.85；

Im—每块阳极平均输出电流，A，Im=(0.6～0.8)If。

3 牺牲阳极的安装

过滤器结构复杂，包含扇形滤网、差压测量装置、反冲洗驱动装置等部件，见图1。现有设计在滤网以上平面，间隔一块肋板进行安装阳极，肋板东西侧各安装一只，总计12只，见图2。通过两只M12不锈钢螺栓进行固定，螺栓穿过部位加装垫圈，螺纹涂装LOCTITE 243紧固胶。螺孔、螺栓及周围部位抹有密封胶及涂装BELZONA 1321涂料。

阳极采用平贴的方式均匀的分布在滤网以上的平面，能较好的消除电流屏蔽区。同时被过滤的海水从过滤器A侧进入，B侧离开，阳极的最小截面顺着水流的方向，大大降低水流的冲击，牢牢固定在肋板上，避免阳极脱落冲击上游凝汽器钛管板及水室衬胶。阳极周围抹有密封胶及涂装BELZONA 1321涂料，能有效地减轻缝隙腐蚀的情况。建议螺纹涂装LOCTITE 262或者等级更高的紧固胶，强度较243高，且能在极端的环境条件下有优良的防修及耐腐蚀性能。

图1 过滤器结构示意图

图2 过滤器阳极安装布置图

4 阴极保护运行状况

在循环水系统停运期间，对过滤器检查，发现过滤器的肋板、滤网等部件及其焊缝位置情况良好，表面未发现腐蚀缺陷。阳极表面溶解均匀，产物容易脱落，见图3-a。测量牺牲阳极与过滤器内的不锈钢构件的电阻为0.1～0.3Ω，表明阳极与过滤器之间具有良好的导电性，牺牲阳极保护总体效果较好。

据内部经验反馈，个别轮次的检修中发现有1～2只阳极不溶解或者只是局部溶解，见图3-b。建议对不溶解的阳极进行成分分析及电化学性能测试，对新采购的阳极进行抽样检测，确保阳极符合标准。每次安装完阳极后，必须测量阳极与过滤器构件之间的电阻，确保两者之间是电导通的。

5 结论

(1) 建议将Al-Zn-In-Cd铝合金牺牲阳极更换成性能更佳的Al-Zn-In-Sn-Mg合金。

(2) 通过牺牲阳极阴极保护设计计算及阳极的安装评估，现行牺牲阳极保护系统满足过滤器的防腐蚀要求。

(3) 建议对不溶解的阳极进行成分分析及电化学性能测试，对新采购的阳极进行抽样检测。阳极安装完成后，必须测量阳极与过滤器构件之间的电阻，确保电连接。

图3-a 溶解均匀的Al-Zn-In-Cd阳极

图3-b 不溶解的Al-Zn-In-Cd阳极

[1] GB/T 4948-2002, 铝-锌-铟系合金牺牲阳极[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

王文奋 (1987-) ，男，广东湛江人，工程师，本科，主要从事电厂腐蚀与控制方面的研究。