水电厂消防水管腐蚀调查研究

陆泓羽，何常胜，何智华，郭绍旭，王明帆

(云南电力试验研究院(集团)有限公司，云南 昆明 650217)

云南水电装机容量逐年递增，随之而来的是各种管路腐蚀、老化。现代水电厂自动化程度高，厂内工作人员有限，而消防水管在日常维护中存在感较低，不易引起注意。当局部管道发生腐蚀泄露时，整个消防系统已经难堪大用。起初的治理措施就是补漏补焊，但几个月后焊缝处又开始渗漏，且越焊越漏。对此开始逐段更换管材，经2～3年将整个消防管道系统管道全部更换一遍，为此耗费了大量人力、财力、物力。

本次以澜沧江流域的A厂和金沙江流域的B厂进行消防水管腐蚀调查研究。两厂的消防用水均取自江河原水，原水直接引入消防水池，再进入消防水管。而江河原水受环境影响较大，河流区域、旱季、雨季、鱼类养殖等均会对水质产生影响。本次选择澜沧江流域的A厂和金沙江流域的B厂进行消防水管腐蚀调查研究。

消防水系统钢材为不锈钢管，壁厚9 mm。两厂自投运6年以来未进行过维护保养。随着运行时间增加，在直管和弯管处均有漏点。部分消防水管布置在LCU柜上方，消防管漏液会严重影响LCU柜安全运行。

1 消防管管样检测

首先对消防管材质进行分析。对泄露的消防水管进行割管取样，管样规格为Φ219 mm×6 mm，长500 mm。A厂消防水管内管壁凹凸不平，整体呈黄褐色，有数个黄色小包和黑色小坑，直径约5 mm，深度约2 mm。当管样受震动时，表面黄色氧化皮会脱落。B厂消防水管内管壁粗糙，整体呈黄色，有数个黑色小坑，直径约7 mm，深度约4 mm。当管样受震动时，表面黄色氧化皮附着牢固没脱落。A厂管内氧化皮要多于B厂，现取样对其进行XRF荧光检测，结果见表1。

表1 X-荧光射线检测

通过测试可以发现两厂氧化皮中铁含量均高达90%以上(以氧化物计)，可推断黄色垢样为主要腐蚀产物。经450 ℃灼烧后A厂氧化皮质量减少8%，B厂氧化皮质量减少2%，说明其中含有部分有机物。再将管样切割加工为4 mm×6 mm金属块，对其进行垢量测量。A厂其腐蚀坑深度约2 mm，以运行5年计算腐蚀速率约为0.4 mm/a，速率超过标准值0.075 mm/a。B厂其腐蚀坑深度约4 mm，以运行5年计算腐蚀速率约为0.8 mm/a，速率超过标准值0.075 mm/a。为更进一步分析原因，对管样材质进行电镜能谱分析，如表2所示。

表2 不锈钢电镜能谱分析

可以发现A、B两厂的钢材接近奥氏体不锈钢，该材质特性是受Cl-离子影响较大。再对黑色腐蚀坑滴加10%盐酸溶液，其中A厂可以闻到H2S的刺激性气味，结合S2-离子定性液体判定腐蚀坑里黑色物质含有FeS。B厂没有闻到H2S的刺激性气味，结合S2-离子定性液体判定结果不显色。

2 消防水管水质

为更深一步分析取水样检测化验，其成分分析见表3。

表3 A、B厂的水质成分分析

由表3数据可知，A厂江水和消防水池水样整体呈中性，江水流入消防水池后pH有所下降；水样中Cl-离子浓度较低，符合奥氏体受压时水中Cl-离子浓度不超过25 mg/L的规定；消防水池中硫酸盐含量是江水的39%；COD升高说明水中有机物含量增加；总铁含量明显升高，且消防水管出水颜色为黄色，说明消防水管内壁腐蚀严重。B厂江水和消防水池水样整体偏碱性，江水流入消防水池后pH有所上升；水样中Cl-离子浓度较高，超过奥氏体受压时水中Cl-离子浓度不超过25 mg/L的规定；消防水池中硫酸盐含量与江水大致相同；COD处于较低水平说明水中有机物含量趋于稳定；总铁含量有所升高，消防水管出水略有浑浊偏淡黄色，说明消防水管内壁腐蚀一般。

根据以上数据推断A厂消防水管中有微生物滋生，包括引起不锈钢管道腐蚀的铁细菌和硫酸盐还原菌；B厂消防水管中微生物含量较低，依据如下：

(1)A厂处于下游，海拔较低，常年气候温热潮湿，库区附近有村落，水体容易滋生微生物。B厂处于上游，海拔较高，常年气候干燥寒冷。

(2)A厂消防水管内氧化皮经450 ℃灼烧后质量减少8%，说明其中含较多有机物，可能为微生物所致。B厂消防水管内氧化皮经450 ℃灼烧后质量减少2%，说明其中含较少有机物，微生物影响较轻；

(3)A厂的消防水管内环境适宜铁细菌和硫酸盐还原菌的生长。铁细菌为好氧细菌，硫酸盐还原菌为厌氧细菌，在密闭的消防管路中两种细菌更容易共生。消防水装瓶取样与空气接触后，有黄色沉淀；

(4)B厂原水中Cl-离子浓度偏高，对不锈钢易产生点蚀。而管道缝内容易发生缝隙腐蚀，且容易聚集高浓度Cl-离子，不适宜铁细菌和硫酸盐还原菌的生长。

3 腐蚀原因

(1)

(2)

(3)

在Cl-离子作用下会发生下列反应：

(4)

在铁细菌的作用下发生下列反应：

(5)

Fe2+离子被铁细菌氧化，生成Fe2O3·xH2O黄色沉淀物。

在硫酸盐还原菌的作用下发生下列反应[2]：

(6)

硫酸盐被硫酸盐还原菌还原为硫离子，再与Fe2+离子结合生成黑色沉淀FeS。

(2)B厂消防管道由于金属缝隙内部存在闭塞性，氧很快被消耗，阴极反应就会由缝内转移至缝口附近，造成Fe2+离子增多[3]。为了维持电中性[4]，阴离子就会不断地向缝内迁移，由于Cl-离子的迁移速度较快，导致大量的Cl-离子在坑洼处聚集，而Fe2+离子发生水解使溶液酸化，因而缝内容易发生缝隙腐蚀[5]。

(7)

同时适宜的盐度有利于细菌的生长繁殖，而过高的盐度就会导致细胞质壁分离，最终造成细胞脱水死亡[6]，因此B厂消防水管内缝不适宜细菌的生长。

4 结论与建议

由此判断A厂的消防水管泄露主要是由于微生物(铁细菌)的腐蚀引起，硫酸盐还原菌起到辅助作用。消防水管样内壁腐蚀严重，腐蚀速率约0.4 mm/a，明显偏大。

对于漏点来说越补越漏，这并非是焊接工艺造成，而是焊缝部位无法形成致密氧化膜。

根据腐蚀分析结论，建议电厂对消防管道进行更换，管材可选择玻璃钢、塑钢、PVC等材质。局部漏点可以进行包扎处理。在消防水池加Na2CO3，提高pH至9以上使其管材形成致密氧化膜；加强消防水系统的杀菌处理，易选用氧化型和非氧化型杀菌剂交替使用；每周定时排水，使消防水充分流通起来。