论中东北非地区滨海电厂金属设备防护措施

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1 概述

中东北非地区是一个海洋资源十分丰富的地区,不仅拥有广阔的海岸线,这为发展海洋经济、沿海工业提供了十分广阔的天地。沿海工业的发展离不开海上及沿海基础设施的建设,但由于海洋苛刻的腐蚀环境,金属材料结构及构筑物的腐蚀不可避免,因此研究钢铁及非铁合金在海洋环境中的腐蚀规律及其控制腐蚀的方法,为该地区工程建筑物及设备的设计、选材、开展防护等工作提供依据,对延长金属材料设施的使用寿命,保证金属构造物的正常运行和安全使用以及安全运行具有十分重要的意义。

2 腐蚀的防护方法

阴极保护是防止地下金属结构物腐蚀的最为有效的方法。它是通过向被保护的金属结构物表面通入足够的阴极极化电流,使金属的电位向负的方向移动,使之在电解质中难于失去电子,从而使金属的电化学腐蚀得到有效抑制。

对于埋地管道等结构物,采用阴极保护和绝缘涂层联合保护方案。一方面阴极保护可有效抑制涂层缺陷处产生的严重局部腐蚀;另一方面涂层又可大大减少阴极保护电流需要量,并使保护电流分布更为均匀,从而使阴极保护变得更为经济有效。

3 阴极保护的方法

人为地将被保护的金属结构变成阴极,以防止其腐蚀的方法叫做阴极保护。阴极保护分为牺牲阳极和外加电流阴极保护两种。

3.1 牺牲阳极的阴极保护 对阴极保护来说,不管保护电流是通过被保护金属同牺牲阳极相连产生,还是采用外加电源供给,其效果都是一样的。采用牺牲阳极时,土壤中牺牲阳极大多使用锌合金或镁合金材料,并制成成品以供安装。锌合金阳极的特点是:密度大,理论发生电量较小,电流效率高,表面溶解均匀,腐蚀产物疏松,容易脱落,在保护钢结构物时,有一定自调节电流和电位的作用。适于在低电阻率的土壤(ρ＜l0Ω·m)中使用。镁合金阳极的特点是:密度小,电位相当负,对钢的驱动电压大,但电流效率低,一般适用于电阻率较高的土壤或淡水中。对于埋地牺牲阳极,在一般情况下,其周围必须用专门的回填料将它包起来,以降低阳极的接地电阻并防止阳极表面钝化。牺牲阳极主要用于储罐和绝缘良好管线上。在安装时将阳极埋入地下用绝缘导线与被保护金属结构连接,当在解质中发生电化学腐蚀时,作为牺牲阳极的金属由于比较活泼很容易失去电子遭到腐蚀,从而使被保护的金属结构免遭腐蚀。

3.2 外加电流阴极保护 外加电流阴极保护系统由直流电源、辅助阳极地床和参比电极等组成。电源可以采用手动控制的整流器或自动控制的恒电位仪。恒电位仪可根据环境条件的变化,自动调节输出电流的大小,使被保护结构物的电位总处在要求的保护范围内。辅助阳极的作用是将电源提供的直流电经由介质传送到被保护的结构物上去。可采用深井地床或浅埋地床,深井地床可减小对其它地下结构物的干扰并使阳极电流分布更均匀一些,尤其适合于区域性结构物保护。参比电极的作用是测量被保护结构物的电位,以监测保护状况并为恒电位仪提供控制信号。

外加电流阴极保护,主要用于保护电流需要量大的储罐和管线,所需的保护电流一般由整流电源提供。在采用外加电源阴极保护情况下,外加电源阳极代替被保护金属结构承受了腐蚀。外加源阳极尽可能埋设在电阻率较的土壤里,外加电源用来产生阳极与被保护金属结构的电位差。阳极一般使用废钢、硅铁、石墨等,在经济上合理时也可采用贵金属阳极。

4 阴极保护在电厂中的应用

目前,国外广泛地采用阴极保护作为金属腐蚀防护的方法,中东北非地区的大型发电厂和滨海电厂的设计中已开始用了阴极保护技术,用于地下管道、各类储罐、循环水系统以及接地网的防腐。

4.1 海湾地区某燃机电厂阴极保护系统介绍 海湾地区某900MW级燃机工程为900MW等级“二拖一”燃气-蒸汽联合循环热电联产机组,其地下金属结构采用牺牲阳极的阴极保护系统。被保护结构范围建议如下:a.排水管b.消防网络c.循环水管d.消防水箱e.凝结水箱f.服务和饮用水箱g.化学和除盐水箱h.各种管道,以上所列结构均采用牺牲镁阳极保护,牺牲阳极的寿命25年设计。

4.2 接地网和基础钢桩的阴极保护 滨海电厂一般地下水为孔隙水,与海水连通,水位受潮汐影响而变化,这种水对混凝土中钢筋具有强腐蚀性,对钢材也有中等腐蚀性,尤其是副食介质体系的不均匀性,必然会引起地下钢质结构产生严重腐蚀。

接地网及基础钢桩阴极保护方法的选择,通常有3种形式供选择:(1)单独牺牲阳极保护,(2)单独外加电流保护,(3)牺牲阳极和外加电流联合保护。金属网络高度密集的厂区,地下接地网、钢桩、输水管道、预应力水泥管道等繁多的金属构件均交织在一起,很难采用绝缘措施彻底地将保护对象与非保护对象严格分开,有的还不允许分开,这样必然会存在阴极保护电流严重旁流现象。以牺牲阳极为主,在避开金属网络密集区段,在阴极保护电流严重旁流的区域设置辅助阳极进行外加电流保护,就能基本满足对全厂接地网及基础钢桩阴极保护的要求。

4.3 工程中设计阴极保护的基本步骤 阴极保护的要求可以按照如下规范进行设计:

a.SY/T0019-97《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》b.SYJ7-84《钢质管道及储罐防腐蚀工程设计规范》c.SYJ23-86《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》d.SYJ29-87《埋地钢质检查片腐蚀速度测试方法》

设计的一般步骤为:

1)收集电厂的土质资料,并对其土样进行分析评价土壤的腐蚀程度。2)确定阴极保护型式,是采用牺牲阳极法还是外加电流法。3)计算被保护面积,在计算时应考虑一定的余量。4)确定保护电流密度。5)计算保护电流量。6)选用阳极型号并合理布置阳极。7)进行阳极寿命验算。8)根据需要设置测试桩。

需要说明是,对于阳极寿命建议选用25年为宜。由于地下金属构件的自然腐蚀年限一般为5年,加上阴极保护的年限使金属构件的寿命可达30年,这与电厂的设计寿命是一致的。

阴极保护防腐效果很好,而且简单易行,在经济发展的许多领域中都带来了很大的经济效益。随着人们对阴极保护技术认识的深入,其作为金属结构防腐措施,将会在型发电厂中得到广泛的应用。