德国韦尔电站压力钢管抗腐蚀保护的更新

2010-05-01马元珽译自英刊水电与大坝2009年第5期

水利水电快报 2010年2期

马元珽译自英刊《水电与大坝》2009年第5期

德国韦尔抽水蓄能电站已经运行了 30多年,Schluchseewerk有限公司决定对其压力钢管的抗腐蚀保护实施更新。更新工程涉及对压力钢管各部件,包括压力井、上游和下游配水管线、圆筒泄水闸门和 Lindau旁路的处理。需在12个月内完成40900m2的表面处理作业,包括采用喷砂除去原先的柏油基涂层,在表面涂上2层或 3层无溶剂双组分环氧树脂。

该公司总部设在德国黑林山南部地区,运营5座水电站,共20台机组,在水轮机模式时最大容量为1836 MW,水泵模式时为1604 MW。该公司也负责14座人工水库的运营。目前,韦尔抽水蓄能电站的维护与更新是该公司的主要任务。

图1 韦尔抽水蓄能电站总体布置

1 电站概况

韦尔抽水蓄能电站位于黑林山南部地区一个同名村庄的上游。电站由位于霍恩贝格附近朗格克山脉顶部的霍恩贝格水库(上库)供水,可用水头约为670m。自1976年投运以来,电站一直在运行。电站装机容量为 980MW,在厂房洞室中安装有4台可逆混流式机组,经过水轮机的水流入韦尔水库(下库)。电站总体布置示于图1。

在运行 30多年之后,压力钢管内的抗腐蚀保护需要更新。从霍恩贝格上库(高程1048 m),经洞室前的铠装压力井和上游输水管线,向发电机组供水。

压力井长约1385 m,内径为5.53m。输水管线的内径减小到1.9 m。压力钢管埋在地下,因此不能从外部进入。除了上库入口以及洞室和输水管线上方以外,没有通道能够进入。

带调压室的下游输水管线可以从洞室上方进入。下库的入口只能用于有限的范围(下库保持充满)。

2006年,成立了一个由 Schluchseewerk公司和Tiroler Wasserkraft公司(TIWAG)代表组成的修复工程队。

2 工作要求

2.1 涂层产品选择

修复工程的一个重要因素是选择拟用的涂层产品,它将对现场安装、探查、喷砂除锈的质量、时间进度等产生影响。因此,与 TIWAG合作,详细比较了多种可能的方案,并对各方案的优缺点进行了权衡。技术评估的重要项目包括对不同参考工程中所采用的抗腐蚀系统的性能进行评估。

在进行方案评估之后,认为厚层产品Humidur最适用,因为该产品对水电站工程有着特殊的效果。考虑到施工期(2008年 4月至2009年 3月)和一些最主要的条件,而且根据 Schluchseewerk公司规定的条款,工程的最佳方案是采用 Humidur。

该产品的优点主要是厚层涂敷,修理方法(采用相同的产品进行喷、刷和灌)简单,甚至可以在底层低温下应用,具有用于同类工程(尤其是在压力管线/压力井中)的良好经验,不需要采用溶剂等添加剂。此外,另一个重要因素是涂层供货商可以提供现场援助。通过公开招标,最终将工程的承包合同授予德国 Arge Bauschutz-Bekor公司。

2.2 时间进度安排

为了在电力公司规定的期限内完成抗腐蚀保护的更新工程,至少要将工程划分为独立的5期进行施工组织:

(1)2008年 4月,排空压力钢管系统;

(2)2008年7～12月,开展系统各部分抗腐蚀作业的施工;

(3)2009年1月底,下游隧洞和输水管道重新充水;(4)2009年 3月,压力井充水;(5)2009年 3～4月,进行调试。

2.3 作业组织

在放空上库后,允许进入上库。Ⅰ期是处理压力井,压力井长1385m,直径5.53 m,坡度为54%,总表面积约为24000m2。在安装了空调装置后,采用小车运输,先除去Ⅰ期第1段的老涂层,再涂上新涂层。

要在很短的工期内完成作业,对上游输水管线(Ⅱ期)和机组连接处与Ⅰ期第1段(进水塔/压力井的垂直铠装)进行平行处理。工程各期具体完成的工作量列于表1。

在压力井内主要作业开始之前,必须首先完成上游输水管线内表面涂层的更新,工作站面对面布置。

表1 工程各期涂层的表面积

在Ⅲ期,必须完成下游输水管线和调压室升井段的处理,总表面积约为 9600m2。

Ⅳ期包括处理进水塔内的圆筒泄水闸门。将闸门提起放在一个平台上,在进水塔中必须切割出一个1.2 m×1.2m的进口。将圆筒泄水闸门放在正确位置进行处理之前,必须先排水。还要对闸门进行某些机械修理,修理作业由业主实施。经与该公司磋商后,再进行抗腐蚀更新作业。

Ⅴ期包括更新 Lindau旁路的内部涂层,面积约为1500m2。

为了处理电站的几个较小部件,搭建了一个专用喷砂工作棚,与大型作业平行进行。

2.4 现场设备要求

通常,对于Ⅰ ～Ⅴ期所有的表面处理作业,要求处理后的表面不得含有石棉和多环芳香烃(PAH)。工程必须按照各主要标准和规程进行。基于原有抗腐蚀产品供货商提供的资料以及对新生产的涂层材料的分析,可以确定老涂层中含有的危险物质。根据查明的危险物质(主要是 PAH和石棉),规定了抗腐蚀工作的要求:必须符合 TRGS519和551。根据先前的经验并咨询有关当局,决定用常规的干喷法来清除老涂层。

因为必须考虑有渗漏或山区溪流可能从水库流下,经咨询 Schluchseewerk公司,认为必须安装一套排水系统。

为了方便处理压力井内表面(Ⅰ期),同时也方便人员交通,需要借助一种小车进行处理,但是必须经有关当局批准。移动该小车的卷扬机可固定在上库内设置的各个安全点。

2.5 空气调节

所有表面处理必须进行空气调节。空调系统的性能必须能使待处理的表面总是保持完全干燥,即使是在不利的室外气候条件下。而且,按照客户的技术要求,待处理钢铠的表面温度必须保持在其露点以上至少5℃,相对湿度不能超过 40%,直到第1层涂层作业结束。

出于技术原因,调节的空气必须由适宜的加热系统加热,并配备一个开关箱,对吸进空调的空气需用发电机组冷却。

空调和通风系统必须安装在没有灰尘的地方,尤其要防止灰尘进入电站。因此,在排放到露天之前,必须对排气进行过滤。此外,在去除老涂层的过程中,必须使用石棉和 PAH过滤器。

承包商负责永久控制排气中的石棉和 PAH含量,任何时候都必须保证其数值保持在法定限度以内。如果承包商没有采取这些防尘措施,工作必须立即停止。

3 处理过程

3.1 用喷砂法除锈

在完成空气调节和排水等现场准备工作之后,即可开始喷砂除锈。Schluchseewerk公司规定,必须严格执行德国标准 DIN EN ISO12944第4部分,清洁到 Sa 3,按照技术报告 DIN Nr.28(也称为 DIN EN ISO 8502第 3部分)要求至少达到 m2/g2的清洁度。为保证涂层系统在钢表面的最大粘性,钢表面的平均粗糙度必须至少达到 60μm。最后阶段的喷砂清洁必须用未使用过的喷砂材料。待用的喷砂材料必须通过一个排气装置和皮带运输机进行无尘运输,然后,按照客户的说明书储存。

最初,逆气流方向喷砂清洁表面,以去除老涂层(一层黑色表面)。在除锈之后,由一家得到认可的研究机构进行独立监测,然后对暴露待处理的表面(一层白色表面)用新的喷砂材料进行第2次喷砂清洁,直到清洁度达到 Sa 3(平均粗糙度大于 60μm),并再次除尘。

3.2 喷涂新涂层

在 TIWAG的质量控制人员实行喷砂清洁过程控制和焊缝取样试验之后,经允许,方可对这些部件进行涂敷。

按照招标规范,应涂两层无溶剂双组合环氧树脂涂层 Humidur,一层为浅灰色,一层为浅蓝色,两层总的干膜厚度至少有600μm。为延长抗腐蚀系统的使用寿命,考虑到目前底板和镰刀状部件区域的腐蚀程度,决定在该区域增加一层黄色 Hum idur。在增加层区域总的干膜厚度必须至少是1000μm。应采用通过对角无空气喷涂方式进行喷涂。

在涂完第1层(不刷底漆直接涂在钢表面上)之后,通过火花试验以测试涂层有无孔隙,并测量涂层的厚度。如有疵点或孔隙,则需再次涂刷,对焊缝用刷子进行处理。处理过的表面在通过了质量控制小组的验收之后方能喷涂第2层 Humidur,并在底板和镰刀状部件上喷涂黄色 Humidur。

该喷涂作业没有要求最大中间养护时间,喷涂下一层的等候时间仅取决于机械负荷承载能力,即小车能否在涂层上移动。因此,与常规的涂层系统(使用底部涂层,需喷涂几层,而且中间养护时间较长)相比,可实现更加灵活、中断较少的工作方式。涂层的平均厚度为1200μm,在底板和镰刀状部件处,总厚度为1400μm。