(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

電廠循環(huán)水碎屑過(guò)濾器現(xiàn)行陰極保護(hù)系統(tǒng)的評(píng)估

王文奮 孫永亮 劉曉軍

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

通過(guò)對(duì)某電廠過(guò)濾器的運(yùn)行環(huán)境、犧牲陽(yáng)極種類(lèi)、陽(yáng)極的設(shè)計(jì)計(jì)算、陽(yáng)極的安裝、運(yùn)行現(xiàn)狀分析，確認(rèn)其循環(huán)水系統(tǒng)碎屑過(guò)濾器現(xiàn)有陰極保護(hù)系統(tǒng)大體滿(mǎn)足防腐蝕的要求。為更好地運(yùn)行，建議其更換犧牲陽(yáng)極種類(lèi)并對(duì)不溶解的陽(yáng)極進(jìn)行成分分析及電化學(xué)性能測(cè)試，對(duì)采購(gòu)的陽(yáng)極進(jìn)行抽樣檢測(cè)，對(duì)每只安裝的新陽(yáng)極測(cè)量電連接。

過(guò)濾器 犧牲陽(yáng)極 鋁合金 陰極保護(hù)

0 引言

國(guó)內(nèi)某電廠循環(huán)水系統(tǒng)裝有不銹鋼碎屑過(guò)濾器，過(guò)濾器帶有連續(xù)監(jiān)測(cè)濾網(wǎng)雜物積集程度的壓差測(cè)量裝置，當(dāng)濾網(wǎng)前后的壓差達(dá)到預(yù)定值時(shí)，通過(guò)反沖洗裝置對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行反沖洗，將積聚在濾網(wǎng)上的雜物沖掉。其作為凝汽器水室的入口海水的二次過(guò)濾系統(tǒng)，防止碎屑對(duì)凝汽器造成損害。在運(yùn)行早期，為解決過(guò)濾器的點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕問(wèn)題，在過(guò)濾器的肋板上加裝鋁合金犧牲陽(yáng)極，初始運(yùn)行效果較好。但在近幾輪設(shè)備檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，同時(shí)作為早期的犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)其設(shè)計(jì)合理性和適用性進(jìn)行評(píng)估很有必要。本文對(duì)過(guò)濾器的犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，最終給出評(píng)估結(jié)果。

1 環(huán)境及犧牲陽(yáng)極種類(lèi)的分析

碎屑過(guò)濾器采用的是奧氏體不銹鋼，介質(zhì)為海水，水溫23～33.3℃，電阻率25Ω·cm ，pH值8.0～8.3，含沙量0.06～0.2 kg/m3，Cl-含量約17000 ppm。過(guò)濾器原始安裝Al-Zn-In-Cd鋁合金犧牲陽(yáng)極。陽(yáng)極開(kāi)路電位為-1.18～-1.10V(SCE)，工作電位為-1.12～-1.05V(SCE)，電流效率大于85%。同時(shí)鋁合金犧牲陽(yáng)極的密度低，可以減輕過(guò)濾器構(gòu)件的載荷。

選用Al-Zn-In-Cd陽(yáng)極滿(mǎn)足GB/T 4948-2002和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求，但可考慮換成性能更佳的Al-Zn-In-Sn-Mg合金，其極化率小，輸出電流穩(wěn)定，表面溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物疏松，容易脫落，同時(shí)在海水中，表面很少粘附海生物。

2 犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì)計(jì)算

過(guò)濾器直徑為1900mm，長(zhǎng)度2505mm，每臺(tái)過(guò)濾器不銹鋼面積27.5m2，與過(guò)濾器相連接的管道為碳鋼材質(zhì)，內(nèi)襯硬橡膠，陽(yáng)極采用的是A H-11型，規(guī)格為300mm×150mm×50mm。

2.1最小保護(hù)電流密度

選取Ii為200mA/m2，過(guò)濾器所需要的總保護(hù)電流強(qiáng)度

I= Ii×Si=5500mA

式中：I—總保護(hù)電流強(qiáng)度，mA；

Ii—不銹鋼過(guò)濾器在海水中的保護(hù)電流密度，mA/m2；

Si—過(guò)濾器需被保護(hù)的面積，m2。

2.2陽(yáng)極接水電阻

陽(yáng)極接水電阻根據(jù)陽(yáng)極安裝方式不同進(jìn)行計(jì)算，原始采用的是平貼陽(yáng)極

式中：R—陽(yáng)極接水電阻，Ω；

ρ—海水電阻率，Ω·cm；

L—陽(yáng)極長(zhǎng)度，cm；

B——陽(yáng)極寬度，cm；

H——陽(yáng)極厚度，cm。

2.3單只陽(yáng)極的輸出電流

If=ΔE/R≈0.55A

式中：If—單支陽(yáng)極發(fā)生的輸出電流，A；

ΔE—陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)電位，Al-Zn-In-Cd型鋁合金陽(yáng)極取ΔE=0.25V；

R—陽(yáng)極接水電阻，Ω。

2.4犧牲陽(yáng)極數(shù)量計(jì)算

N=I/If=10，原始安裝有Al-Zn-In-Cd型鋁合金陽(yáng)極12只，數(shù)量滿(mǎn)足要求。

式中：N—陽(yáng)極數(shù)量；

I—保護(hù)電流，A；

If—每塊陽(yáng)極發(fā)生電流量，A。

2.5陽(yáng)極工作壽命核算

陽(yáng)極工作壽命應(yīng)能達(dá)到設(shè)備檢修間隔時(shí)間的整數(shù)倍：

電廠每1.5a對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行檢修并檢查犧牲陽(yáng)極的消耗情況，陽(yáng)極工作壽命滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的檢修時(shí)間要求。

式中：t—陽(yáng)極工作壽命，a；

G—每塊陽(yáng)極凈質(zhì)量，kg；

Q—陽(yáng)極實(shí)際電容量，A·h/kg；鋁合金陽(yáng)極取Q≥2400 A·h/kg，

1/K—陽(yáng)極利用系數(shù)，取值0.85；

Im—每塊陽(yáng)極平均輸出電流，A，Im=(0.6～0.8)If。

3 犧牲陽(yáng)極的安裝

過(guò)濾器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含扇形濾網(wǎng)、差壓測(cè)量裝置、反沖洗驅(qū)動(dòng)裝置等部件，見(jiàn)圖1?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)在濾網(wǎng)以上平面，間隔一塊肋板進(jìn)行安裝陽(yáng)極，肋板東西側(cè)各安裝一只，總計(jì)12只，見(jiàn)圖2。通過(guò)兩只M12不銹鋼螺栓進(jìn)行固定，螺栓穿過(guò)部位加裝墊圈，螺紋涂裝LOCTITE 243緊固膠。螺孔、螺栓及周?chē)课荒ㄓ忻芊饽z及涂裝BELZONA 1321涂料。

陽(yáng)極采用平貼的方式均勻的分布在濾網(wǎng)以上的平面，能較好的消除電流屏蔽區(qū)。同時(shí)被過(guò)濾的海水從過(guò)濾器A側(cè)進(jìn)入，B側(cè)離開(kāi)，陽(yáng)極的最小截面順著水流的方向，大大降低水流的沖擊，牢牢固定在肋板上，避免陽(yáng)極脫落沖擊上游凝汽器鈦管板及水室襯膠。陽(yáng)極周?chē)ㄓ忻芊饽z及涂裝BELZONA 1321涂料，能有效地減輕縫隙腐蝕的情況。建議螺紋涂裝LOCTITE 262或者等級(jí)更高的緊固膠，強(qiáng)度較243高，且能在極端的環(huán)境條件下有優(yōu)良的防修及耐腐蝕性能。

圖1 過(guò)濾器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 過(guò)濾器陽(yáng)極安裝布置圖

4 陰極保護(hù)運(yùn)行狀況

在循環(huán)水系統(tǒng)停運(yùn)期間，對(duì)過(guò)濾器檢查，發(fā)現(xiàn)過(guò)濾器的肋板、濾網(wǎng)等部件及其焊縫位置情況良好，表面未發(fā)現(xiàn)腐蝕缺陷。陽(yáng)極表面溶解均勻，產(chǎn)物容易脫落，見(jiàn)圖3-a。測(cè)量犧牲陽(yáng)極與過(guò)濾器內(nèi)的不銹鋼構(gòu)件的電阻為0.1～0.3Ω，表明陽(yáng)極與過(guò)濾器之間具有良好的導(dǎo)電性，犧牲陽(yáng)極保護(hù)總體效果較好。

據(jù)內(nèi)部經(jīng)驗(yàn)反饋，個(gè)別輪次的檢修中發(fā)現(xiàn)有1～2只陽(yáng)極不溶解或者只是局部溶解，見(jiàn)圖3-b。建議對(duì)不溶解的陽(yáng)極進(jìn)行成分分析及電化學(xué)性能測(cè)試，對(duì)新采購(gòu)的陽(yáng)極進(jìn)行抽樣檢測(cè)，確保陽(yáng)極符合標(biāo)準(zhǔn)。每次安裝完陽(yáng)極后，必須測(cè)量陽(yáng)極與過(guò)濾器構(gòu)件之間的電阻，確保兩者之間是電導(dǎo)通的。

5 結(jié)論

(1) 建議將Al-Zn-In-Cd鋁合金犧牲陽(yáng)極更換成性能更佳的Al-Zn-In-Sn-Mg合金。

(2) 通過(guò)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算及陽(yáng)極的安裝評(píng)估，現(xiàn)行犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)滿(mǎn)足過(guò)濾器的防腐蝕要求。

(3) 建議對(duì)不溶解的陽(yáng)極進(jìn)行成分分析及電化學(xué)性能測(cè)試，對(duì)新采購(gòu)的陽(yáng)極進(jìn)行抽樣檢測(cè)。陽(yáng)極安裝完成后，必須測(cè)量陽(yáng)極與過(guò)濾器構(gòu)件之間的電阻，確保電連接。

圖3-a 溶解均勻的Al-Zn-In-Cd陽(yáng)極

圖3-b 不溶解的Al-Zn-In-Cd陽(yáng)極

[1] GB/T 4948-2002, 鋁-鋅-銦系合金犧牲陽(yáng)極[S].

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Assessment of Current Cathodic Protection System of a Circulating Water Debris Filter in the Power Plant

WANG Wen-fen, SUN Yong-liang, LIU Xiao-jun
(Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004, China)

Operating environment, type, design, installation,operation status of sacrificial anode were applied to analysis the effect of current cathodic protection system of a circulating water debris filter in the power plant,result shows that the system generally meet the requirements of anti-corrosion. In order to better operation, improvement measures, such as replacing the sacrificial anode and analysising the components and testing electrochemical performance of the insoluble anode, Sampling for testing and measuring the anode electrical connection were proposed.

filters; sacrificial anode; aluminum; cathodic protection

TG174

A

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2014.08.082.03

王文奮 (1987-) ，男，廣東湛江人，工程師，本科，主要從事電廠腐蝕與控制方面的研究。