热电厂海水冷却塔腐蚀检查与防护策略

胡先鹏,苗顺超,李 岩,崔乘亮,史宝良

(1. 广州华润热电有限公司，广州 511400； 2. 深圳国能合创能源技术有限公司，深圳 518101)



热电厂海水冷却塔腐蚀检查与防护策略

胡先鹏1,苗顺超2,李 岩2,崔乘亮1,史宝良2

(1. 广州华润热电有限公司，广州 511400； 2. 深圳国能合创能源技术有限公司，深圳 518101)

通过目视检查、混凝土表面保护涂层厚度和附着力检测以及混凝土钢筋锈蚀电位和混凝土电阻率测试等方法对某热电厂海水冷却塔进行了详细的检查和分析，发现海水冷却塔不同高度的腐蚀情况具有明显的差异。分析了各腐蚀区域腐蚀产生的原因，总结了海水冷却塔发生腐蚀的规律，依据标准规范要求对腐蚀环境进行了评级。针对性地提出了对海水冷却塔采用分区腐蚀控制的策略，能够使冷却塔的整体防腐蚀效果达到最佳，并降低电厂冷却塔腐蚀控制方面的长期成本投入。

海水冷却塔；腐蚀检查；分区治理；腐蚀监测

海水冷却塔技术始建于20世纪70年代[1]。近年来我国沿海地区发电厂的数量和容量呈增长趋势，海水直流冷却技术的温排水将引起越来越重的水体热污染, 影响海洋环境和生态平衡。因此，人们越来越关注直流冷却系统的可用性, 并趋向于认为这是一种不利于水体环境和生态平衡的技术。采用带海水冷却塔的循环冷却水系统能极大地减少温排水量, 从而基本消除温排水对海洋水体环境及海洋生物造成的影响, 符合国家环保政策的要求[2]。

我国海水冷却塔技术起步较晚，对于海水冷却塔的腐蚀控制管理还停留在与淡水冷却塔相同的层次。海水冷却塔通常位于沿海地区或河流的入海口，处于高温、高湿、高氯离子含量的气体渗透环境,浓缩海水环境和盐雾区环境中，其腐蚀环境远比淡水冷却塔的恶劣，腐蚀破坏风险也远高于淡水冷却塔的。定期对海水冷却塔进行整体的腐蚀检测和评估，是企业了解海水冷却塔腐蚀状态的有效手段。本工作结合广州某热电厂海水冷却塔的腐蚀检查案例，分析了海水冷却塔的腐蚀规律和腐蚀原因，并提出了分区腐蚀控制的防护策略。

1　某热电厂海水冷却塔的腐蚀检查

1.1海水冷却塔简介

广州某热电厂海水冷却塔建于2009年，淋水面积为6 000 m2，底部直径97.3 m，顶部直径57 m，高128.3 m。塔筒采用水工混凝土，混凝土等级为C40 F50 W10。主要的防腐蚀方法是在通风筒内壁、塔顶以下10 m范围外壁、下环梁底部及通风筒外壁底部20 m范围采用涂层防腐蚀,即环氧封闭底漆(无厚度要求)，环氧玻璃鳞片中间漆(300 μm)，聚氨酯面漆(60 μm)。

该电厂位于珠江入海口，每年10月会有海水倒灌现象，一半的服役时间内，海水冷却塔的运行介质为海水。海水冷却塔运行过程中，其塔筒内壁处于湿热盐雾环境中，淋水构架、水池内壁等与浓缩海水直接接触，塔筒外壁受到海洋大气的侵蚀，腐蚀环境多样复杂[3]。运行不到6 a，冷却塔内壁已发生了涂层失效、钢筋锈蚀等比较严重的腐蚀现象，见图1。

1.2腐蚀检查范围和方法

由于此海水冷却塔呈双曲线形且较高，检查时依靠吊篮进行高空检查取样，主要通过目视检查，混凝土表面涂层的厚度和附着力测量[4-5]，混凝土钢筋锈蚀电位和混凝土电阻率测量来评估海水冷却塔的整体腐蚀状况。测量时在同一高度范围内的四个方向上进行取样，如高空设施或冷却塔内壁状况影响取样，可在预设取样点附近代表性区域进行取样，取样点分布见表1。钢筋锈蚀电位检测每个测试点不少于20次；13.5 m标高为分水器上方，此区域腐蚀非常严重，故对此区域进行专项检查；顶口腐蚀环境恶劣，重点检测。

1.3腐蚀检查结果

1.3.1 目视检查结果

通过目视检查发现，该海水冷却塔自上而下均发生了比较严重的腐蚀，特别是冷却塔顶口和分水器上方区域，腐蚀情况最为严重，多处存在大量钢筋锈蚀锈迹。顶口内壁涂层大部分失效粉化，外壁混凝土老化开裂，钢筋裸露、锈蚀。分水器上方涂层老化变色，混凝土内部钢筋锈蚀，锈水渗出。

表1　冷却塔腐蚀检查取样点分布Tab. 1　Distribution of sampling points for corrosion of cooling tower

根据标准GB/T 1766-2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》对海水冷却塔表面涂层的各老化指标项评分，结果见表2。

表2　冷却塔表面涂层单项等级表Tab. 2　Individual ranking table of cooling tower surface coating

由表2可见，该海水冷却塔顶部、中部和分水器上部长霉、生锈、剥落等级均为5级，根据标准中“漆膜如有数种破坏现象，评定综合等级时，应按最严重的一项评定”，故涂层老化程度为5级，属于最严重级别。

此外，冷却塔内壁不同高度均出现比较严重的钢筋锈蚀现象，尤其以顶口和分水器上部最为严重。根据DL/T 5251-2010《水工混凝土建筑物缺陷检测和评估技术规程》中钢筋锈蚀对建筑物的危害程度大小的分类，冷却塔内壁顶部和分水器上部的钢筋锈蚀已经达到B类锈蚀(中度锈蚀，混凝土未出现顺筋开裂剥落，钢筋锈蚀范围较广，截面损失小于是10%)。

1.3.2 厚度和附着力检测结果

采用高倍3D显微镜、美国DeFelsko的PosiTest AT-M数字显示拉拔式附着力测试仪进行涂层厚度和附着力的测试，结果见表3。

表3　涂层厚度和附着力测试结果Tab. 3　Test results of coating thickness and adhesion

由表3可见，涂层厚度非常不均匀，最大厚度(距顶口29 m处)为541.2 μm，此区域平均厚度为505.6 μm，最低厚度(分水器上方2 m处)120.3 μm，此区域平均厚度仅有142 μm。设计文件要求的防腐蚀年限为8～10 a，参照标准HGT 4077-2009《防腐蚀涂层涂装技术规范》，使用年限5～15 a，强腐蚀环境中涂层厚度要求≥200 μm。8个测试区中仅有三个测区满足要求，不合格率达到62.5%。

由表3还可见，涂层附着力随取样高度的上升而降低，冷却塔顶涂层附着力较差， JTJ 275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀工程技术规范》标准中规定“涂层与混凝土表面的附着力不得小于1.5 MPa”。所有测试点中有三个测试点附着力低于1.5 MPa，最低附着力仅1.00 MPa，不合格率为12.5%。表明涂层已经出现老化，与基体的结合力开始下降，顶口附近涂层已出现大面积腐蚀破坏。

1.3.3 锈蚀电位和电阻率检测结果

采用瑞士Proceq Canin+型钢筋锈蚀仪及混凝土电阻率测试仪进行混凝土钢筋锈蚀电位和电阻率的测量，结果见表4。

根据钢筋锈蚀电位判定标准JGJ/T 152-2008《混凝土中钢筋检测技术规程》和ASTM C876-91(1999) 《Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete》中的规定，当电位>-200 mV，10%概率出现锈蚀；当电位为-200 ～-350 mV，50%概率出现锈蚀；当电位<-350 mV时，90%概率出现锈蚀。由表4可见，钢筋锈蚀电位值从冷却塔顶口至分水器上部呈现先增大，后减小的趋势，分水器上方2 m处钢筋锈蚀电位最负，4个测试区中有三个测试区的钢筋锈蚀电位平均值小于-350 mV，出现钢筋锈蚀的概率达90%以上；距顶口2 m处钢筋锈蚀电位平均值为-280 mV，有50%概率锈蚀；中间区域钢筋锈蚀平均电位比-200 mV更正，钢筋锈蚀概率低。

表4　钢筋锈蚀电位和电阻率Tab. 4　Results of reinforcement corrosion potential and electrical resistivity

GB/T 50344-2004《建筑结构检测技术标准》对混凝土电阻率判定也给出了明确的参考，电阻率>100 kΩ·cm时，钢筋不会锈蚀；混凝土电阻率为50～100 kΩ·cm时，低锈蚀速率；混凝土电阻率为10～50 kΩ·cm时，钢筋活化时可出现中高锈蚀速率；电阻率<10 kΩ·cm时，电阻率不是锈蚀的控制因素。该海水冷却塔中部混凝土电阻率为30～50 kΩ·cm，钢筋活化时可出现高锈蚀速率，靠近顶口和分水器上部混凝土电阻率均小于10 kΩ·cm，混凝土电阻率不是锈蚀的控制因素。

综合钢筋锈蚀电位和混凝土电阻率的测试结果，冷却塔顶口和分水器上部目前腐蚀状况比较严重，冷却塔中部在钢筋活化时腐蚀会加剧。冷却塔整体处于腐蚀的加速阶段。

总体来看，该海水冷却塔处于严峻的腐蚀环境中，钢筋混凝土已经开始发生比较快速的腐蚀，当前的防腐蚀措施不能满足长期腐蚀防护的要求，如果不加以治理或治理不当，腐蚀破坏速率将会逐步加快，影响整体的结构强度。

2　冷却塔腐蚀控制策略

根据冷却塔腐蚀检查结果，冷却塔腐蚀情况自上而下存在较大差异，采用单一的防腐蚀体系或不能完全满足各个区域的腐蚀，或会给电厂带来较大的成本压力，为寻求两者之间的平衡，为此,本工作提出分区腐蚀控制的策略，根据不同区域的环境腐蚀特点采取对应的腐蚀控制方法。

2.1冷却塔腐蚀原因分析及分区

海水冷却塔顶口和分水器上部腐蚀非常严重。出现这种现象的原因主要是塔顶附近属于湿热盐雾蒸汽环境，蒸汽流速最快，且有光照的影响，此区域的涂层很容易发生光学老化和自然老化，失去涂层保护的混凝土的抗渗能力将大幅降低。腐蚀性离子渗透速率将加快，加速钢筋混凝土的腐蚀失效。分水器上部区域属于饱和湿热盐雾蒸汽环境，温度最高，空气中氯离子浓度最高，腐蚀性最强。氯离子穿透性强，很容易穿透钢筋表面的钝化膜，从而对钢筋进行腐蚀破坏。

参照GB/T 50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》和CCES 01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，并结合冷却塔内壁的腐蚀检查结果、对腐蚀环境进行识别和环境腐蚀评级，评级结果见表5。根据腐蚀环境评级结果，将海水冷却塔自上而下分为4个区域，分区域进行检查和评估。海水冷却塔腐蚀分区示意图见图2。

表5　冷却塔内壁不同位置环境腐蚀评级Tab. 5　Environmental corrosion grade in different positions of cooling tower

2.2分区腐蚀控制策略

针对海水冷却塔内壁不同的腐蚀状况，采用分区的腐蚀控制策略，可以有针对性地对腐蚀严重区域进行重点治理。对于腐蚀相对不是特别严重的部

位强调腐蚀情况的后续监测。具体如下：

(1) 针对1区涂层严重破坏，混凝土严重腐蚀，且紫外线照射强烈的情况，修复时可采用耐候性优异的面漆，如氟碳面涂。对顶口外部开裂的混凝土进行凿开维修，更换锈蚀严重的钢筋，并对钢筋进行整体防锈。

(2) 针对2区紫外线照射强烈，涂层局部剥落、厚度不足、微生物附着严重的情况，建议除去原有涂层，重新进行涂装保护，涂装选用具有防紫外线和预防微生物附着的涂料体系。

(3) 针对3区饱和湿热蒸汽环境，中度腐蚀的现状，需进行钢筋除锈并进行特殊防锈处理，对保护层进行修复平整后进行涂层防护。

(4) 针对4区海生物附着严重的情况，建议优选杀生药剂[5]。淋水构件涂层剥落严重、混凝土存在一定程度劣化的情况，建议根据涂层失效程度进行修补，修补采用耐海水冲刷、浸泡、海生物附着的涂层体系，如防污漆等。

(5) 针对腐蚀环境苛刻的1区和3区建议进行腐蚀监测，实时监控钢筋锈蚀和混凝土服役状况。

(6) 针对局部钢筋锈蚀严重的部位，建议在经费允许的情况下，选用电化学保护，如牺牲阳极阴极保护或者外加电流阴极保护进行腐蚀控制的措施。

3　结论及建议

(1) 从腐蚀检测与评估结果来看，海水冷却塔整体腐蚀情况处于可控范围，腐蚀主要集中在冷却塔顶口和分水器上部区域，建议对顶口区域腐蚀开裂的混凝土进行修复，并采用耐高温和耐紫外线的涂层体系进行修复；对分水器上部钢筋锈蚀严重的区域进行开凿检查修复，并采取电化学方法进行腐蚀控制。

(2) 海水冷却塔属高耸构筑物，检查维修困难，定期进行腐蚀检查是企业掌握冷却塔腐蚀状况的有效手段，可以帮助企业完善现有的防腐蚀措施，避免发生严重的腐蚀破坏；还可以帮助企业建立冷却塔腐蚀情况数据库，为今后的防腐蚀维修提供参考。

(3) 采用分区腐蚀控制的策略可以针对各个区域的腐蚀特点制定针对性更强的腐蚀控制体系，对不同区域进行分别控制，使冷却塔的整体防护效果达到最佳，并能降低电厂冷却塔腐蚀控制方面的成本投入。

[1]田林，李俊文，姚光源. 海水冷却处理技术的现状与发展趋势[C]//中国水处理技术研讨会暨第33届年会论文集，枣阳:[出版者不详],2013：27-35.

[2]李敬生，刘景言，陈德智. 海水冷却塔相关问题探讨[J]. 武汉大学学报(工学版)，2007，40(增)：410-413.

[3]同刚，姚友成，王普育，等. 海水冷却塔结构防腐蚀研究[J]. 电力勘测设计，2009(6):40-45.

[4]杨万国，丁国清，杨海洋，等. 海水冷却塔用防护涂层的性能研究[J]. 涂料工业，2012，42(8):22-24.

[5]杜洪彦，邱富荣，林昌健. 混凝土的腐蚀机理与新型防护方法[J]. 腐蚀科学与防护技术，2001，13(3):156-161.

Corrosion Detection and Protection Strategy for a Seawater Cooling Tower in a Thermal Power Plant

HU Xian-peng1, MIAO Shun-chao2, LI Yan2, CUI Cheng-liang1, SHI Bao-liang2

(1. Guangzhou China Resources Thermal Power Co., Ltd., Guangzhou 511400, China;2. Shenzhen Gtec Co., Ltd., Shenzhen 518101, China)

Visual inspection, thickness and adhesion testing of concrete protective coating as well as concrete reinforcement corrosion potential and concrete resistivity tests were used to inspect and analyze the corrosion condition of a seawater cooling tower in a thermal power plant. The results showed that the corrosion situation of the seawater cooling tower in different heights had obvious differences. The corrosion reasons in different areas were analyzed, the law of seawater cooling tower corrosion was summed up, and the corrosion level was scaled according to relevant standards. A seawater cooling tower corrosion control strategy was put forward, which can reduce the long-term costs of power plant cooling tower corrosion control.

seawater cooling tower; corrosion detection; zoning corrosion control; corrosion monitoring

10.11973/fsyfh-201609015

2015-12-16

苗顺超(1985-),工程师,本科,从事核电、火电、风电等能源领域腐蚀防护的研究与治理,13828012621,miaoshunchao@163.com

TG172

B

1005-748X(2016)09-0756-04