燃气电厂循环水管道内壁阴极保护及防腐施工案例

李 航

（京能集团北京京西燃气热电有限公司，北京 100041）

0 引言

某燃气-蒸汽联合循环供热机组，循环水系统主要由2套联合循环机组配12格机力通风冷却塔、4台循环水泵及相应的构筑物，以及1座循环水泵房构成。

循环供水系统工艺流程为：循环水被冷却塔冷却后经机力塔水池自流至循环水泵前池，经循环水泵升压后通过循环水管道送至主厂房凝汽器和汽机、燃机的辅机冷却水系统，水携带热量后通过循环水回水管道送入冷却塔冷却，进入下一次循环。

在投产第8年机组检修期间，对循环水主管道内壁进行了目视检查，发现循环水系统管道内壁存在大面积点腐蚀，防腐层脱落等情况。 最终对管道内壁全面进行了除锈，重做防腐，并且进行阴极保护施工提高管道抗腐蚀性。

本次施工范围是循环水供回水管道，情况如下：

循环水压力供水管

自循环水泵出水管至主厂房入户管之间的管段部分，管材采用焊接钢管，“二拖一”机组循环水供水干管规格为DN2600，“一拖一”机组循环水供水干管规格为DN1800，每台循环水泵设一条出水管，大泵管径为DN2000，小泵管径为DN1400，4条出水管出泵房后合并为1条干管，干管为DN2800。循环水压力管采用直埋敷设，管顶覆土约3～4m。

循环水回水管

自主厂房至机力通风冷却塔之间的管段部分。“二拖一”机组循环水回水干管规格为DN2600，“一拖一”机组循环水回水干管规格为DN1800， 回水联络管规格为DN2400，进入冷却塔区域后分别接至机力通风冷却塔，每格机力通风塔进水管规格为DN1000，全部采用焊接钢管，直埋敷设

1 原因分析

因素一：基建期钢管涂装阶段，管道内壁涂装前未达到标准要求的光洁度便进行涂刷；涂装前管道内壁未完全干燥便进行涂装，以上情况均会造成涂料附着力不足。

因素二：循环冷却水使用的是城市再生水，其中氯元素含量较高，腐蚀性较强，会加快循环水管道内壁腐蚀速度。由于管道材质为Q235，不具备较好的抗腐蚀性质，在出现部分防腐层脱落以及点腐蚀后，其防腐层脱落速度以及管壁腐蚀面积的扩张速度都将加快。

2 施工方案

2.1 施工方式选择

由于循环水主管道主要布置在厂房正下方，不具备开挖换管条件，但主管道管径均大于DN700，具备人员进入管道内作业的条件。因此采用人员进入管道内部作业的施工方式。

2.2 管道内壁防腐方案

传统除锈方式一般采用喷砂、喷丸，但本工程存在诸多不利因素：

因素1：循环水管道总面积达到5500平米，按照每平米需要8千克石英砂计算，共需要约44吨石英砂，其搬运、清理都需要大量的人力；

因素2：一旦进行喷砂作业，管道内将产生大量粉尘，对人员健康将产生极大的危害，并存在窒息风险；

因素3：管道内壁阴极保护施工需动火作业，在与喷砂交叉作业时将存在极大的安全隐患。

考虑到以上不利因素，需寻找一种能够高效除净管壁金属锈蚀且不产生粉尘以及有害气体的除锈方式。通过调研，发现高压水除锈方式因其安全、高效、环保的特点，普遍用于钢闸板、储油罐的内外壁除锈作业，虽未调研到循环水管道内采用高压水枪除锈的相关项目，但施工技术人员以及电厂工程师经现场考察后认为此种除锈方式具备可行性，并最终决定采用高压水冲洗方式对管道内壁进行除锈。

2.3 阴极保护方案

2.3.1 阴极保护方式选择

阴极保护的方式有两种[1]，一种是牺牲阳极（ACP）一种是外加电流（ICP），但采用外加电流法需对管道进行打孔将外接电缆与管道内壁相连接，不便于施工，并且施工后需长期对电流、电压等进行巡查监护，增加人力消耗，因此本次工程采用牺牲阳极（ACP）进行施工。

2.3.2 方案设计

（1）阳极块选择以及用量计算

参照标准GB/T16166-2013 4.1节选择阳极材料，如表1所示。

表1

经测量循环水电阻率大于200Ω•cm，宜采用阳极块材料为镁合金或铝合金，由于管道内空间有限，本次选用消耗速率更慢的铝合金阳极；

（2）阳极块用量计算

参照标准GB/T16166-2013 4.6节可知，管道保护电流密度应在25～35mA/m2，选取30mA/m2进行计算；计划使用年限为20年，铝合金阳极块尺寸为500×（105+135）×100mm，净重15KG，经第三方厂家质量测试，阳极块电容量为2600A·h/kg。根据以上数据，结合标准GB/T16166-2013附件A3.6阳极块寿命计算公式（1），对阳极块用量进行反推，计算过程如下[1]：

式（1）中：

Y为阳极块使用寿命，单位：年；

Q为阳极实际电容量数值，单位：安培小时每千克（A·h/kg）；

G为每支阳极质量的数值，单位：千克（kg）；

1/K为阳极利用系数，取值：0.85；

Im为每支阳极平均发生电流数值，单位：安培（A），此值按照标准GB/T16166-2013附件A3.5公式（2）进行计算如下：

式（2）中If为管道保护所需的理论电流值。

计算此电流需结合本电厂循环水管道内壁表面积进行计算，已知电流密度为30mA/m2，并将每个管段面积共同带入式（2），求得If，系数取0.7，可计算出Im值，将以上数值带入公式（1），求得每个管段所需阳极块质量，已知单块阳极块质量为15KG，便可计算各管段所需阳极块总质量，各管段内壁面积及阳极块用量结果如表2所示。

表2

2.3.3 工艺介绍

阳极块采用焊接方式，安装在管道垂直高度为半径的管道内壁，安装方式与标准GB/T16166-2013 6.3节所要求一致；高压水枪所用高压泵型号为200TJ3，整台高压泵置于集装箱内，便于移动和安装，经反复试验，确定水枪压力调节至180MPa时除锈效果最佳，在锈蚀冲洗干净后迅速使用拖把棉布等将管壁内残留水分擦干，在浮锈产生前进行底漆涂刷。

2.4 施工工期

由于电厂检修工期紧张，阴极保护以及管道防腐工作需同时进行，综合考虑电厂循环水管道布置特点以及施工工艺差别进行工期安排，如进度图（表3）所示。

表3

3 施工效果

3.1 施工各阶段

图1 内壁未清理

图2 高压水冲洗后

图3 内壁防腐完成

图4 阳极块地脚防护

图7 防腐层完好

图8 阳极块表面电化学反应产物

图9 测量保护电位

图10 硫酸铜参比电极测量值

3.2 效果检查

各项施工验收合格后，系统投入使用。在运行1年后，管道放水并打开人孔进行检查。

根据标准GB/T16166-2013 7.1.3节参比电极保护电位标准如表4所示。

表4

管道材质Q235，采用硫酸铜参比电极进行保护电位测量，实测值0.997V（万用表反接），符合标准要求，阳极块对金属管道内壁产生了电化学保护。

4 结语

本次施工对循环水管道阴极保护的阳极块用量计算提供了一定参考，并在施工后一年对阴极保护效果进行了复查，证明了阴极保护对中水介质的循环水管道具备保护效果。

本次施工为电厂大管径管道内壁除锈提供了新的思路，采用高压水枪处理循环水管道内壁锈蚀效果得到证实。

此类施工全程为有限空间内作业，并且同时存在动火作业以及高压水冲洗作业，对安全措施要求较高，施工过程中作业人员全程要求佩戴氧表，并且为保证人员作业安全，管道共增加3处人孔为工作人员提供通风，每50m内管道必存在1处机械强制通风，为其他类似施工项目提供安全方案的参考。